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HALT 與 HASS 的差異:您需要哪種試驗、何時需要

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HALT 與 HASS 在同一台試驗箱內執行,施加的應力種類也相同,但它們回答的是不同的問題。HALT 是開發階段的試驗:它對少數幾台原型機施加超出規格的應力,直到它們停止運作,再直到它們損壞,以找出設計的極限究竟在哪裡。HASS 是量產篩選:它把從 HALT 極限推導出的應力施加在下線的產品上,以攔截在標稱條件下測試會漏掉的缺陷。HALT 驗證設計。HASS 驗證製造。

這種區分聽起來像是紙上談兵,直到您必須決定為哪一種編列預算、客戶實際要求的是哪一種,或者擺在您面前的試驗箱報價是否兩者都涵蓋。本頁談的就是如何做出這個決定。如果您想先了解基本定義——什麼是潛在缺陷、操作極限與破壞極限是什麼意思、ESS 處於什麼位置——請先閱讀ESS、HALT 與 HASS 究竟是什麼,再回到這裡。

HALT 與 HASS 並排比較表,涵蓋各自的執行時機、驗證對象、目的、施加對象、應力程度、是否具破壞性、持續時間、產出以及重複頻率
從與決策相關的九個面向比較 HALT 與 HASS。

一句話說清差異

HALT 刻意弄壞少數幾台原型機,以弄清設計有多強健。HASS 則刻意不弄壞生產單元,但施加的應力仍足以讓有缺陷的產品在您的工廠裡失效,而不是在客戶現場。

其餘一切都由此而來。HALT 具有破壞性,因為弄壞東西正是目的所在——一次沒有產生任何失效的 HALT,只表示您推得不夠遠。HASS 則絕對不具破壞性,因為通過篩選的產品是要出貨的。如果您的 HASS 篩選明顯消耗了良品的壽命,那就是試驗曲線錯了,而發現這一點的程序就是篩選驗證 (Proof of Screen)。

兩者在產品生命週期中的位置

產品生命週期圖:設計與原型機進入 HALT,接著是設計修正,再設定 HASS 試驗曲線,量產中進行 HASS 100% 篩選與 HASA 抽樣,客退品回饋到 HALT
HALT 是開發活動,每個設計做一次。HASS 是量產活動,在產品的整個生命週期內持續執行。

HALT 屬於工程部門。每個設計做一次——在任何足以改變機械結構、熱質量或元件選用的變更之後再做一次。它的產出是一組量得的極限和一份薄弱環節清單,設計團隊隨後要不是修正,就是有意識地接受。

HASS 屬於製造部門。沒有 HALT 就不可能有 HASS,因為 HASS 試驗曲線是從 HALT 量得的極限推導出來的。在不知道破壞極限在哪裡的情況下執行篩選,正是有些公司在不知不覺中把已在試驗現場耗掉部分壽命的產品出貨給客戶的原因。

兩種試驗曲線之間究竟有什麼不同

並排的兩張圖:HALT 步進應力曲線越過規格極限、操作極限與破壞極限直到失效;HASS 曲線在激發應力與較低的偵測應力之間循環,兩者都高於規格極限、低於操作極限
HALT 逐步往上推,直到產品失效。HASS 在 HALT 找到的極限之內循環。

HALT:步進應力,直到某處撐不住

一個 HALT 序列先逐一施加各種應力,再組合施加。低溫步進應力、高溫步進應力、快速溫度轉換、振動步進應力,然後是複合環境。在每一步,產品停留到熱穩定後進行功能測試。常見的起點是 10 °C 的溫度步進,振動方面則是在 10 Hz 至 10 kHz 頻寬內量得的 5 GRMS,以 5 GRMS 為增量步進。完整的逐步程序見我們的 HALT 與 HASS 方法指南。

每個方向記錄兩個極限。操作極限是產品停止正常運作、但在應力移除後能夠恢復的點。破壞極限是產品無法恢復的點。您的規格與這些極限之間的差距就是您的設計裕度,這正是 HALT 存在的目的所要得出的數字。

HASS:先激發,再偵測

一個 HASS 試驗曲線有兩個階段,執行兩項不同的工作。激發篩選在較高的應力下執行——通常高於產品規格,但低於 HALT 找到的操作極限——把潛在缺陷變成真實、可偵測的缺陷。一個本來會在現場十八個月後失效的龜裂焊點,在試驗箱裡變成了開路。偵測篩選接著在較低的應力下執行,產品通電並受監測,因為一個被激發出來卻沒有偵測到的缺陷比沒用還糟:您消耗了壽命,卻照樣把產品出貨了。

整個序列必須跟上生產線的節奏,實務上這表示每台產品遠少於一小時。

兩者都需要嗎?

您的情況您需要什麼原因
正在設計新產品,尚未量產只做 HALT您需要設計裕度資料。目前還沒有東西可篩選。
少量、多樣、高價值 (航太、國防、醫療)HALT,加上對每台產品做 HASS一次現場故障的代價遠超過篩選成本,而且產量低到足以讓 100% 篩選切實可行。
大量生產、製程穩定 (汽車、消費性電子)HALT,上市時 HASS,之後 HASA在量產爬坡期間全數篩選,一旦製程證明穩定且篩選不再發現缺陷,就轉為抽樣。
代工廠商篩選他人的設計HASS,使用客戶的 HALT 資料您驗證的是製造,不是設計。您需要他們的極限——不要自己編造。
追查既有的現場故障對失效的設計做 HALTHALT 找出薄弱環節的速度遠快於現場資料,並能告訴您這是設計問題還是製程問題。
依 MIL-STD-810 或 IEC 60068 進行鑑定兩者單獨都不行那些是有設定好試驗曲線的鑑定標準。HALT 與 HASS 是探索與篩選方法。它們是互補的,不能互相取代——見下文。

這與 MIL-STD-810、IEC 60068 和 ESS 有什麼關係

這是術語造成最多混淆的地方,所以值得直言不諱。

MIL-STD-810 與 IEC 60068-2 是鑑定標準。它們規定了產品必須承受的設定環境曲線,通過後才被視為合格。這些應力旨在代表使用環境。結果要不是通過,就是不通過。

HALT 不是鑑定試驗,也不能當作鑑定試驗使用。它的應力是刻意不具代表性的——這正是它的全部機制。它不會產生「通過」的結果,也無法給出 MTBF 或壽命預測,因為根本沒有計算加速因子。誰要是告訴您他們的 HALT 結果證明了符合某項標準,那他對其中一方有所誤解。

經典 ESS 是 HASS 的前身。NAVMAT P-9492 和 MIL-HDBK-2164A 等曲線規定了固定的篩選量級——6 GRMS 隨機振動、設定好的溫度循環——不論產品是什麼都照此施加。HASS 以從特定產品量得的極限推導出的曲線取代了固定曲線,既更有效,也較少損傷。IPC-9592B 是電源轉換設備方面較新的參考文件。

一台試驗箱能兩者都做嗎?

可以——而且必須可以,因為這兩種方法對設備的要求幾乎完全相同。兩者都需要在產品上 (而不是空氣中) 量得的快速溫度轉換,也都需要六自由度重複衝擊振動,而不是單軸正弦或隨機振動。

一台 HALT/HASS 試驗箱必須提供的能力:

能力典型需求為什麼重要
溫度範圍最高可達 −100 °C 至 +200 °CHALT 需要遠超過產品規格的餘裕,否則您找到的是試驗箱的極限而不是產品的極限。範圍依型號配置——較小的試驗箱出廠時標準範圍較窄,可選配擴充。
產品溫變速率*產品上 60–70 °C/min*變化速率本身就是一種應力。緩慢的升降溫激發不出同樣的缺陷。
振動類型6-DoF 重複衝擊,非同調寬頻同時激振所有軸向與眾多共振。單軸振動台無法重現。
振動頻寬10 Hz 至 10,000 Hz焊點與互連處的潛在缺陷在高頻下才有反應。
振動量級某些系統最高可達 100 GRMSHALT 需要足夠的餘裕才能達到振動破壞極限。
量測儀器多通道加速規與熱電偶輸入您需要看到產品經歷了什麼,而不是試驗箱被指令做什麼。在 Hanse 系統上,這由 ChamberFFT (最多 16 路加速規通道) 與 ChamberDAQ 可擴充資料擷取實現 (每台 Watlow F4T 提供 24 路通用輸入,增加 F4T 即可增加輸入,另可增加最多八個 WebDAQ 模組,提供 128 路外部熱電偶通道)。

Hanse 以這套架構製造其 VTC HALT/HASS 試驗箱,從 305 × 305 mm (12 × 12 in) 的桌上型檯面到 1,778 × 1,778 mm (70 × 70 in)。如果您正在判斷哪種尺寸適合您的產品,HALT/HASS 試驗箱選購指南有逐一型號的說明。

值得避免的四個錯誤

不做篩選驗證就執行 HASS

篩選驗證 (Proof of Screen) 在試驗曲線接觸可銷售產品之前先確認它。篩選安全性驗證證明該曲線不會損傷良品——通常是讓已知良品通過它 20 至 50 次,並確認沒有任何劣化。篩選有效性驗證證明它確實能激發缺陷,通常使用植入缺陷的樣品或未發現故障的客退品。跳過這一步,意味著您不知道自己是在篩選,還是在慢慢損壞庫存。

在不同產品上沿用同一 HASS 試驗曲線

極限是產品的機械結構、熱質量和元件所特有的。新產品——或重大改版——需要自己的 HALT 和自己的篩選驗證。對某種組件安全的曲線,對另一種表面上看來相似的組件可能具有破壞性。

把 HALT 失效當作缺陷報告

失效是產出,不是試驗的問題。工程上的問題從來不是「它為什麼失效?」,而是「這個裕度夠不夠,如果不夠,最省錢的修正是什麼?」有些發現的弱點值得透過設計消除。另一些則遠超過任何真實使用條件,正確的做法是記錄下來,然後繼續前進。

依今天的產品來選試驗箱尺寸

試驗箱是一項十五到二十年的資產。促成購買的那款產品,很少是最後一款進入它的產品。依目前的待測物 (DUT) 不留餘裕地選尺寸,是我們最常聽到的遺憾。如果您正在建立預算方案,HALT/HASS 試驗箱成本指南說明了影響價格的因素。

*在檯面中心上方 102 mm (4 in) 處測量,−65 °C 至 +100 °C。

常見問題

HALT 與 HASS 有什麼差別?

HALT 是開發階段的試驗,對原型機施加超出規格的應力,以找出操作極限與破壞極限,並暴露設計弱點。HASS 是量產篩選,把從這些 HALT 極限推導出的應力施加在正在製造的產品上,以攔截製程與組裝缺陷。HALT 驗證設計,HASS 驗證製造。

可以不先做 HALT 就做 HASS 嗎?

負責任地說,不行。HASS 試驗曲線是從 HALT 量得的操作極限與破壞極限推導出來的。沒有這些極限,您就是在猜產品能承受多大的應力,而且是在您打算出售的產品上——結果不是篩選太溫和而什麼都找不到,就是消耗良品的壽命。

HALT 具有破壞性嗎?

是的,而且是刻意的。HALT 會持續進行,直到產品達到破壞極限或試驗箱的能力用盡。一次沒有產生任何失效的 HALT,表示應力施加得不夠遠。用於 HALT 的原型機會被消耗掉。

HASS 具有破壞性嗎?

不。設計正確的 HASS 試驗曲線保持在 HALT 找到的極限之內,而篩選驗證 (Proof of Screen) 證明良品可以多次通過它而沒有可量測的劣化。如果 HASS 正在損傷良品,那就是試驗曲線錯了。

HALT 和 HASS 使用同一台試驗箱嗎?

是的。兩者需要同樣的兩項能力——快速的產品溫變速率和六自由度重複衝擊振動——因此在同一台 HALT/HASS 試驗箱內執行。兩者之間改變的是試驗曲線,而不是設備。

各需要多長時間?

一次 HALT 通常進行數天,每個設計做一次。HASS 篩選必須納入生產週期內,因此通常每台產品遠少於一小時,並在產品的整個生命週期內持續執行。

什麼是 HASA,何時該轉為 HASA?

HASA (Highly Accelerated Stress Audit,高加速應力稽核) 把 HASS 試驗曲線施加在每個生產批次的樣本上,而不是每一台產品。當製程已證明穩定、篩選不再產生失效時,轉為 HASA 是合適的。轉得太早會放棄 HASS 提供的保護。

HALT 能取代 MIL-STD-810 或 IEC 60068 鑑定試驗嗎?

不能。那些是鑑定標準,有設定好的、具代表性的試驗曲線和通過/不通過的結果。HALT 使用刻意不具代表性的應力來找出極限,不會產生「通過」的結果。它們回答的是不同的問題,大多數受法規規範的產品兩者都需要。

HALT 能預測我的產品能用多久嗎?

不能。HALT 施加的應力不代表現場條件,也不計算加速因子,因此無法得出 MTBF 或壽命預測。它得出的是一組量得的極限和一份依優先順序排列的薄弱環節清單。

我們一年只生產幾百台。HASS 值得做嗎?

通常值得,而且往往比大量生產時更值得。少量生產的產品往往是高價值產品,一次現場故障的代價超過一年的篩選費用——而且在少量生產下,100% 篩選切實可行,不會成為產能問題。

與工程師談談

Hanse Environmental 自 1993 年起在美國密西根州 Allegan 製造 HALT/HASS 系統。如果您想在任何人送上報價之前,先談談您的產品究竟需要什麼,請與我們聯絡,與您對話的會是製造這些設備的人,而不是客服中心。