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高加速壽命測試 (HALT)介紹

02-27

高加速壽命測試(HALT: High Accelerated Life Test)的理論方法,是由美國可靠性專家Gregg.K.Hobbs 於1988年提出來的，他把自己多年在航天技術領域的工程經驗制定成一套測試理論、方法。HALT是利用步進應力去加速發現設計的缺陷或是薄弱點的一套方法。在HALT測試中，所有施加的應力並不是想要模擬產品應用的環境，而是通過步進的應力去激發產品更早地的發生失效。對施加的應力的類型和量級不設置限制，只要能儘快地促使失效發生。同時，在試驗時間上與實際應用相比，壓縮了幾個數量級，並減少測試樣品的需求，有效地減少測試時間和降低設計成本。讓投入市場的時間成比例縮短的同時，也大大提高了產品的可靠性和耐久性。

HALT的作用

1) 快速發現產品設計、製程上的薄弱點。

2) 幫助提高產品設計的欲度。

3) 有效地提高產品的可靠性。

4) 節省設計時間和費用。

5) 幫助排除產品設計的問題。

6) 幫助評估產品設計的變更。

HALT的原理

1) 測試沒有通過與不通過的評定標準

2) 所有的樣品需要測試到失效為止

3) 測試中，樣品需要被實時監測

4) 測試中發現的任何問題都需要進行分析，找出失效原因

5) 該測試結果不能用來量化產品的可靠性

HALT測試流程

理想的高加速壽命試驗，是為了儘可能發現產品設計中的薄弱點。通過對發現的失效不斷地進行分析、改進、優化，來提高產品的工作極限或是破壞極限。下圖是HALT的測試流程。

HALT測試應力

1) 高低溫度應力：一般從常溫20℃開始，然後以每10℃～20℃為一個階梯降低溫度，每個溫度下停留15分鐘，直到產品發生異常。同樣的方法，在高溫應力下也是每10℃～20℃遞增，直到產品出現異常情況。如果產品出現異常時，返回到常溫下，功能恢復正常，那麼異常出現時的溫度就是工作極限。如果功能不能恢復正常，那麼異常出現時的溫度就是破壞極限。

2) 快速溫度循環應力：快速溫度循環的溫度範圍一般為高低溫步進測試中找到的產品的上下工作極限的5℃~10℃以內的溫度，例如：工作上下限為：-50℃和120℃,那麼快速溫度循環的測試範圍為：-45℃~115℃。每個極值溫度下，駐留時間至少5分鐘（具體要根據產品溫度穩定時間來確定）。循環次數至少3次，除非在3次以內就發現災難性失效。

3) 隨機振動應力：測試從5Grms開始，推薦以每5Grms為一個階梯遞增，直到產品出現異常情況。每一步，駐留時間為10分鐘。如果產品出現異常時，返回到5Grms下，功能恢復正常，那麼異常出現時的振動量值就是工作極限。如果功能不能恢復正常，那麼異常出現時的振動量值就是破壞極限。

4) 溫度循環與振動組合應力：振動應力從5Grms，溫度循環應力跟前面一樣，每一個溫度循環，振動應力增加5Grms。這樣的組合測試，至少需要5個循環周期，除非先於這個次數前就發生了災難性失效。下圖為HALT的應力曲線。

HALT舉例：

某產品在開發設計初期，進行HALT試驗。

實驗中出現的元器件失效：

試驗數據總結與改進措施

a) 試驗數據總結

b) 改進措施和結論

v 產品的工作溫度極限為：-20℃~100℃

v 更換一個溫度欲度更大的IC TEA1522P，如低溫工作極限為-40℃。

v 設計更為寬廣的工作溫度範圍。

v 改進電感焊接和連接線的工藝（特別是不灌膠的產品）。

v 灌膠對於增強PCB的穩固性有顯著的作用。

通過HALT測試，我們可以有效、快速地發現該產品設計的中的薄弱點，通過分析產品失效的原因、改進設計可以顯著地提高產品的可靠性。

參考文獻：

[1] 姚立真，可靠性物理，電子工業出版社，2004.8，P553~579。

[2] Gregg K.Hobbs 著，丁其伯 譯，高加速壽命試驗與高加速應力篩選，北京：航空工業出版社，2012.6。

[3] 褚衛華，陳循，陶俊勇，張春華，蔣培，高加速壽命試驗與高加速應力篩選，強度與環境，2002年12月第29卷第4期。

[4] GMW8287，Highly Accelerated Life Testing，General Motors worldwide engineering standard, February 2002.

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