一个可靠性人的成长历程11

HALT & HASS
任何产品都有其缺陷所在，当这些故障发生时产品往往已超过了时效，尤其是配套应用在汽车上的电子产品，如DVD﹑汽车音响﹑多媒体接收系统等。如果不能在早期发现并解决潜藏在这些电子产品中的问题，而等其装配到汽车上，用户使用一段时间后才让问题慢慢显露出来，则会给制造商和用户带来极大的损失。解决问题，首先要发现问题的所在，借由增加外部环境应力﹑强迫故障提早暴露出来，是早期发现和解决问题的一个有效方法。
目前，国内汽车电子产品通用的可靠性测试手段，一般是在研发时采用传统的性能各异的温湿度箱来验证提高产品的可靠性性能；在线生产采用的是老化寿命（即高温等）的传统测试方法。仅依靠以上这些传统的测试手段，要达到目前国外汽车电子产品高质量的技术指标，尚存在着一定的困难。

HALT & HASS 可靠性测试的应用

HALT & HASS是由美国军方所延伸出的设计质量验证与制造质量验证的试验方法，现已成为美国电子业界的标准产品验证方法。它将原需花费6个月甚至1年的新产品可靠性试验缩短至一周，且在这一周中所发现的产品问题几乎与客户应用后所发现的问题一致，故HALT & HASS的试验方式已成为新产品上市前所必需通过的验证。在美国之外，许多国际的3C电子产品大厂也都使用相同或类似的手法来提升产品质量。
1、HALT
HALT是一种通过让被测物承受不同的应力，进而发现其设计上的缺限，以及潜在弱点的实验方法。HALT的主要目的是通过增加被测物的极限值，进而增加其坚固性及可靠性。HALT利用阶梯应力的方式加诸于产品，能够在早期发现产品缺陷、操作设计边际及结构强度极限的方法。其加诸于产品的应力有振动、高低温、温度循环、电力开关循环、电压边际及频率边际测试等。利用该测试可迅速找出产品设计及制造的缺陷、改善设计缺陷、增加产品可靠性并缩短其上市周期，同时还可建立设计能力、产品可靠性的基础数据及日后研发的重要依据。
简单地说，HALT是以连续的测试、分析、验证及改正构成了整个程序，关键在于分析所有故障的根本原因。

HALT 的主要测试功能如下：
* 利用高环境应力将产品设计缺陷激发出来，并加以改善；
* 了解产品的设计能力及失效模式；
* 作为高应力筛选及稽核规格制定的参考；
* 快速找出产品制造过程的瑕疵；
* 增加产品的可靠性，减少维修成本；
* 建立产品设计能力数据库，为研发提供依据并可缩短设计制造周期。

HALT应用于产品的研发阶段，能够及早发现产品可靠性的薄弱环节。其所施加的应力要远远高于产品在正常运输﹑贮藏﹑使用时的应力。

HALT包含的如下内容：

* 逐步施加应力直到产品失效或出现故障；
* 采取临时措施，修正产品的失效或故障；
* 继续逐步施加应力直到产品再次失效或出现故障，并再次加以修正；
* 重复以上应力-失效-修正的步骤；
* 找出产品的基本操作界限和基本破坏界限。

2、HASS

HASS应用于产品的生产阶段，以确保所有在HALT中找到的改进措施能够得已实施。HASS还能够确保不会由于生产工艺和元器件的改动而引入新的缺陷。

HASS包含如下内容：

* 进行预筛选，剔除可能发展为明显缺陷的隐性缺陷；
* 进行探测筛选，找出明显缺陷；
* 故障分析；
* 改进措施。

HALT & HASS 可靠性测试的步骤

1、HALT

HALT共分为4个主要试程，即：

* 温度应力；
* 高速温度传导；
* 随机振动；
* 温度及振动合并应力。

在HALT试验中可找到被测物在温度及振动应力下的可操作界限与破坏界限。此实验所用设备为QualMark公司所设计的综合环境试验机（OVS Combined Stress System），温度范围为-100℃～+200℃，温度变化最大速率为60℃/min，最大加速度可到60Grms，而且振动机与温度箱合二为一的设计可同时对被测物施加温度与振动应力。以下就四个试程的一般情況分别加以说明：

（1）温度应力

此项试验分为低温及高温两个阶段应力。首先执行低温阶段应力，设定起始温度为20℃，每阶段降温10℃，阶段温度稳定后维持10min，之后在阶段稳定温度下执行至少一次的功能测试，如一切正常则将温度再降10℃，并待温度稳定后维持10min再执行功能，依此类推直至发生功能故障，以判断是否达到操作界限或破坏界限；在完成低温应力试验后，可依相同程序执行高温应力试验，即将综合环境应力试验机自20℃开始，每阶段升温10℃，待温度稳定后维持10min，而后执行功能测试直到发现高温操作界限及高温破坏界限为止。

（2）高速温度传导

此项试验将先前在温度阶段应力测试中所得到的低温及高温操控界限作为此处的高低温度界限，并以每分钟60℃的快速温度变化率在此区间内进行6个循环的高低温度变化。在每个循环的最高温度及最低温度都要停留10min，并使温度稳定后再执行功能测试。检查待测物是否发生可回复性故障，寻找其可操作界限。在此试验中不需寻找破坏界限。

（3）随机振动

此项试验是将G值自5g开始，且每阶段增加5g，并在每个阶段维持10min后在振动持续的条件下执行功能测试，以判断其是否达到可操作界限或破坏界限。

（4）温度及振动合并应力

此项试验将高速温度传导及随机振动测试合并同时进行，使加速老化的效果更加显著。此处使用先前的快速温变循环条件及温变率，并将随机振动自5g开始配合每个循环递增5g，且使每个循环的最高及最低温度持续10min，待温度稳定后执行功能测试，如此重复进行直至达到可操作界限及破坏界限为止。

对在以上四个试程中被测物所产生的任何异常状态进行记录，分析是否可由更改设计克服这些问题，加以修改后再进行下一步骤的测试。通过提高产品的可操作界限及破坏界限，从而达到提升可靠性的目的。

2、HASS

应用HASS的目的是要在极短的时间内发现批量生产的成品是否存在生产质量上的隐患，该试验包括三个主要试程：

* HASS Development （HASS试验计划阶段）；
* Proof-of-Screen（计划验证阶段）；
* Production HASS（HASS执行阶段）。

以下就一般电子产品的测试过程分别加以说明：

（1）HASS Development

HASS试验计划必须参考前面HALT试验所得到的结果。一般是将温度及振动合并应力中的高、低温度的可操作界限缩小20％，而振动条件则以破坏界限G值的50％做为HASS试验计划的初始条件。然后再依据此条件开始执行温度及振动合并应力测试，并观察被测物是否有故障出现。如有故障出现，须先判断是因过大的环境应力造成的，还是由被测物本身的质量引起的。属前者时应再放宽温度及振动应力10%再进行测试，属后者时表示目前测试条件有效。如无故障情况发生，则须再加严测试环境应力10%再进行测试。

（2）Proof-of-Screen

在建立HASS Profile（HASS 程序）时应注意两个原则：首先，须能检测出可能造成设备故障的隐患；其次，经试验后不致造成设备损坏或“内伤”。为了确保HASS试验计划阶段所得到的结果符合上述两个原则，必须准备3个试验品，并在每个试品上制作一些未依标准工艺制造或组装的缺陷，如零件浮插、空焊及组装不当等。以HASS试验计划阶段所得到的条件测试各试验品，并观察各试品上的人造缺陷是否能被检测出来，以决定是否加严或放宽测试条件，而能使HASS Profile达到预期效果。

在完成有效性测试后，应再以新的试验品，以调整过的条件测试30～50次，如皆未发生因应力不当而被破坏的现象，此时即可判定HASS Profile通过计划验证阶段测试，并可做为Production HASS之用。反之则须再检讨，调整测试条件以求获得最佳的组合。

（3）Production HASS

任何一个经过Proof-of-Screen考验过的HASS Profile皆被视为快速有效的质量筛选利器，但仍须配合产品经客户使用后所回馈的异常再做适当的调整。另外，当设计变更时，亦相应修改测试条件。

根据讲的这些，也有一些讨论：

现在可能可靠性工程师没有听说过HALT已经是很落后的感觉了，至少我是这样想的了。而且现在大家也都对HALT很景仰，非常希望自己具备这样一门特殊的绝学来让自己的可靠性技术获得一个突飞猛进的发展。
HALT同样还是起源于国外，现在在国外的发展已经非常成熟了，确实是一个发现问题的好的方法，可以这么说这个理论让我们节省的宝贵的时间和成本，让我们有机会在最短的时间来发现更多的问题，真的很好啊，呵呵。
HALT 的理论是基于增加应力水平将加大产品的失效，但是有一个前提是产品在增加一定应力是必须失效模式没有变化，否则HALT没有任何意义。现在对于失效模式有没有变化基本上关注的人很少，一般都是默认没有变化，我是没有看到具体这方面的论文，所以此方面没有什么发言权了，当然了国外的书因为获得比较困难看不到也比较正常了。 当我们在HALT测试中同时加入多个应力，我所看到的资料介绍是比普通的单个应力可以多发现更多的失效并大大提高效率。但这个事实来将确实非常只好了，我个人也比较推崇HALT的方法，并且也在学习的路上前进。
但是我对HALT是有疑问的，上面提高了失效模式是否变化的问题，这个我们如何确认，我是没有看到一个比较好的理论指导我们去处理（当然也有可能是我个人孤陋寡闻了），如果没有那么我们的测试温度上限如何确定，在发现问题后如何处理，当然了分析是不可避免的，关键是我们在有了解决方案后如何处理的问题，一定需要加入解决方案吗，如果时间不允许我们是否一定要处理，如果成本增加太多我们是否需要处理？事实上这两个问题真的没办法回答，但是如果不能够回答就只能说我们可靠性工程还只是停留在比较初级的阶段，还无法为公司提供更多的支持创造更多的价值，我们也就没有理由去要求获得更好的地位和更好的福利待遇。
另外HALT具体的测试内容需要对产品特别熟悉的工程师来参与制定，这在国外比较普遍，研发工程师也很支持，但是在国内我是没有看到这样的现象，是我们的可靠性工程师对产品很熟悉的吗，不，他们对产品的熟悉程度还很差。既然是这样的答案我们就只能够说我们发现的问题是否真的是我们需要的，或者我们真的把问题找出来了吗，我是不相信了。
HALT设备一个都是上百万，现在过年买的也不多，相信对设备熟悉的人也很少了，我还见过有些厂商对自己的 HALT设备都很不了解就开始做代理销售的，自己都不了解难道要客户去熟悉吗，扯淡。一个畸形的市场行为。事实上HALT设备的很多需要可靠性工程师去理解，特别是振动和温度变化的处理。说到振动就谈谈夹具吧，HALT厂商都会向大家介绍好的夹具如何，但是就是不会去推动客户真的去设计这样的东西，当然了这不能够怪设备厂商了，他们说了这东西的重要性，可惜的是大家都听不进去，我想说各打五十大板吧。设备厂商的那句经典台词就是“一个好的夹具必须保证振动台的振动能量能够尽可能多的传到设备上，最好是100％”，多好的一句话呢，真的是那么简单吗，如果简单大家也就不会出现问题了，事实上如果对结构了解不深入是不可能有好的夹具的。有的时候大家可能会设计出一个夹具去实际测试时发现很好，但是不要高兴太早，真的去测试一下所有的地方看看再说吧，不是说某个和设备锁好的地方振动能量一样就行的。
HALT其实还是属于实验的部分，只是说它把可靠性验证性实验提前了一小段时间，我们还没有真的进入到设计阶段去，这样的结果设计还是有那么多的问题，我们只是提前去找出来罢了，好像是可以把产品的开发周期提前的。但是如果只是如此那么HALT也就不应该有大家现在所认识的那么高的地位了，它所能够对企业有帮助的只是减少设计开发周期，而且它同时还会带来一个负面的影响，那就是很多测试是否真的会在实际现场中出现，出现的几率到低有多大，没有人可以回答，更多的是需要工程师的经验来给出一个答案。
相信大家看到这的时候可能会说HALT不过如此，它和其他的可靠性方法都是可靠性工作的辅助，对，这就是我的想法。
再次重申我的观点，可靠性需要帮公司赚钱，否则就不是好的可靠性。那怎么才可以赚钱呢，把可靠性工作往前推，越往前越能够为公司创造价值。我想很多人会看到一个图了，那是介绍可靠性工作在各个阶段所影响的成本，那就是说明。
好了HALT就说到这吧，下面会更多和大家谈可靠性设计和产品规划，甚至市场调查的部分。我想大家如果看到后面的内容会说可靠性原来也可以这样，我们是可以帮公司赚钱的，我们的工作不会再被动的。如果大家到时候这么想了，就算我所能够给大家带来的理念了吧，希望如此了。