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HALT 与 HASS 的区别:您需要哪种试验,何时需要

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HALT 和 HASS 在同一台试验箱内运行,施加的应力种类也相同,但它们回答的是不同的问题。HALT 是研发阶段的试验:它对少量样机施加超出规格的应力,直到它们停止工作,再直到它们损坏,以找出设计极限究竟在哪里。HASS 是生产筛选:它把从 HALT 极限推导出的应力施加到下线的产品上,以捕获在标称条件下测试会漏掉的缺陷。HALT 检验设计,HASS 检验制造。

这种区分听起来像是纸上谈兵,直到您必须决定为哪一种编预算、客户实际要求的是哪一种,或者摆在您面前的试验箱报价是否两者都覆盖。本页就是关于如何做出这个决定。如果您想先了解基本定义——什么是潜在缺陷、工作极限和破坏极限是什么意思、ESS 处于什么位置——请先阅读什么是 ESS、HALT 和 HASS,再回到这里。

HALT 与 HASS 并排比较表,涵盖各自的运行时机、检验对象、目的、施加对象、应力水平、是否具有破坏性、持续时间、输出以及重复频率
从与决策相关的九个维度比较 HALT 和 HASS。

一句话说清区别

HALT 有意损坏少量样机,以弄清设计有多坚固。HASS 则有意不损坏生产单元,但施加的应力仍足以让有缺陷的产品在您的工厂里而不是在客户现场失效。

其余一切都由此而来。HALT 具有破坏性,因为损坏产品正是目的所在——一次没有产生任何失效的 HALT,只说明您施加的应力还不够。HASS 则绝不具有破坏性,因为通过筛选的产品是要发货的。如果您的 HASS 筛选明显消耗了良品的寿命,那就是剖面错了,而发现这一点的程序就是筛选验证 (Proof of Screen)。

两者在产品生命周期中的位置

产品生命周期图:设计和样机进入 HALT,然后是设计修正,再设定 HASS 剖面,生产中进行 HASS 100% 筛选和 HASA 抽样,现场退回品反馈到 HALT
HALT 是研发活动,每个设计做一次。HASS 是生产活动,在产品的整个生命周期内持续进行。

HALT 属于工程部门。每个设计做一次——在任何足以改变机械结构、热惯性或元器件选型的变更之后再做一次。它的输出是一组测得的极限和一份薄弱环节清单,设计团队随后要么修正,要么有意识地接受。

HASS 属于制造部门。没有 HALT 就没有 HASS,因为 HASS 剖面是从 HALT 测得的极限推导出来的。在不知道破坏极限在哪里的情况下运行筛选,正是一些公司在不知不觉中把已在试验车间耗掉部分寿命的产品发给客户的原因。

两种剖面之间究竟有什么不同

并排的两张图:HALT 步进应力剖面越过规格极限、工作极限和破坏极限直至失效;HASS 剖面在激发应力和较低的检测应力之间循环,两者都高于规格极限、低于工作极限
HALT 逐步上升直到产品失效。HASS 在 HALT 发现的极限之内循环。

HALT:步进应力,直到某处失效

一个 HALT 序列先逐项施加各种应力,然后组合施加。低温步进应力、高温步进应力、快速温度转换、振动步进应力,然后是综合环境。在每一步,产品保持到热稳定后进行功能测试。常见的起点是 10 °C 的温度步长,振动方面则是在 10 Hz 至 10 kHz 带宽内测得的 5 GRMS,以 5 GRMS 为步长递增。完整的分步程序见我们的 HALT 和 HASS 方法指南。

每个方向记录两个极限。工作极限是产品停止正常工作、但在应力撤除后能够恢复的点。破坏极限是产品无法恢复的点。您的规格与这些极限之间的差距就是您的设计余量,这正是 HALT 要得出的数字。

HASS:先激发,再检测

一个 HASS 剖面有两个阶段,承担两项不同的任务。激发筛选在较高的应力下运行——通常高于产品规格,但低于 HALT 发现的工作极限——把潜在缺陷变成真实、可检测的缺陷。一个本会在现场十八个月后失效的开裂焊点,在试验箱里变成了开路。检测筛选随后在较低的应力下运行,产品通电并受监测,因为一个被激发出来却没有检测到的缺陷比没用还糟:您消耗了寿命,却照样把产品发了出去。

整个序列必须跟上生产线的节拍,实际上这意味着每台产品远少于一小时。

两者都需要吗?

您的情况您需要什么原因
正在设计新产品,尚未投产只做 HALT您需要设计余量数据。目前还没有东西可筛选。
小批量、多品种、高价值 (航空航天、国防、医疗)HALT,加上对每台产品做 HASS一次现场故障的代价远超筛选成本,而且产量低到足以让 100% 筛选切实可行。
大批量、工艺稳定 (汽车、消费电子)HALT,投产时 HASS,然后 HASA在产能爬坡期间全数筛选,一旦工艺证明稳定且筛选不再发现缺陷,就转为抽样。
代工厂商筛选他人的设计HASS,使用客户的 HALT 数据您检验的是制造,不是设计。您需要他们的极限——不要自己编造。
追查已有的现场故障对失效的设计做 HALTHALT 找出薄弱环节的速度远快于现场数据,并能告诉您这是设计问题还是工艺问题。
按 MIL-STD-810 或 IEC 60068 进行鉴定两者单独都不行这些是带有设定剖面的鉴定标准。HALT 和 HASS 是发现和筛选方法。它们是互补的,不能互相替代——见下文。

这与 MIL-STD-810、IEC 60068 和 ESS 有什么关系

这是术语造成最多混淆的地方,所以值得直言不讳。

MIL-STD-810 和 IEC 60068-2 是鉴定标准。它们规定了产品必须承受的设定环境剖面,通过后才被视为合格。这些应力旨在代表使用环境。结果要么通过,要么不通过。

HALT 不是鉴定试验,也不能当作鉴定试验使用。其应力是有意不具代表性的——这正是它的全部机理。它不产生“通过”的结果,也无法给出 MTBF 或寿命预测,因为根本没有计算加速因子。谁要是告诉您他们的 HALT 结果证明了符合某项标准,那他对其中一方有误解。

经典 ESS 是 HASS 的前身。NAVMAT P-9492 和 MIL-HDBK-2164A 等剖面规定了固定的筛选量级——6 GRMS 随机振动、设定的温度循环——不论产品是什么都照此施加。HASS 用从具体产品测得的极限推导出的剖面取代了固定剖面,既更有效,也更少损伤。IPC-9592B 是电源转换设备方面更新的参考文件。

一台试验箱能两者都做吗?

可以——而且必须可以,因为这两种方法对设备的要求几乎完全相同。两者都需要在产品上 (而不是空气中) 测得的快速温度转换,也都需要六自由度重复冲击振动,而不是单轴正弦或随机振动。

一台 HALT/HASS 试验箱必须提供的能力:

能力典型要求为什么重要
温度范围最高可达 −100 °C 至 +200 °CHALT 需要远超产品规格的余量,否则您找到的是试验箱的极限而不是产品的极限。范围按型号配置——较小的试验箱出厂时标准范围较窄,可选配扩展。
产品温度变化速率*产品上 60–70 °C/min*变化速率本身就是一种应力。缓慢的升降温激发不出同样的缺陷。
振动类型6-DoF 重复冲击,非相干宽带同时激励所有轴向和众多共振。单轴振动台无法复现。
振动带宽10 Hz 至 10,000 Hz焊点和互连处的潜在缺陷在高频下才有响应。
振动量级某些系统最高可达 100 GRMSHALT 需要足够的余量才能达到振动破坏极限。
仪表多通道加速度计和热电偶输入您需要看到产品经历了什么,而不是试验箱被指令做什么。在 Hanse 系统上,这由 ChamberFFT (最多 16 路加速度计通道) 和 ChamberDAQ 可扩展数据采集实现 (每台 Watlow F4T 提供 24 路通用输入,增加 F4T 即可增加输入,另可增加最多八个 WebDAQ 模块,提供 128 路外部热电偶通道)。

Hanse 基于这一架构制造其 VTC HALT/HASS 试验箱,从 305 × 305 mm (12 × 12 in) 的台式台面到 1,778 × 1,778 mm (70 × 70 in)。如果您在确定哪种尺寸适合您的产品,HALT/HASS 试验箱选购指南有逐一型号的说明。

值得避免的四个错误

不做筛选验证就运行 HASS

筛选验证 (Proof of Screen) 在剖面接触可售产品之前对其进行确认。筛选安全性验证证明剖面不会损伤良品——通常是让已知良品通过该剖面 20 至 50 次,并确认没有任何退化。筛选有效性验证证明它确实能激发缺陷,通常使用植入缺陷的样品或未复现故障的现场退回品。跳过这一步,意味着您不知道自己是在筛选,还是在慢慢损坏库存。

在不同产品上套用同一 HASS 剖面

极限是产品的机械结构、热惯性和元器件所特有的。新产品——或重大改版——需要自己的 HALT 和自己的筛选验证。对一种组件安全的剖面,对另一种表面看来相似的组件可能是破坏性的。

把 HALT 失效当作缺陷报告

失效是输出,不是试验的问题。工程上的问题从来不是“它为什么失效?”,而是“这个余量够不够,如果不够,最省钱的修正是什么?”有些发现的薄弱环节值得通过设计消除。另一些则远超任何真实使用条件,正确的做法是记录下来,然后继续。

按今天的产品来选试验箱尺寸

试验箱是可使用 15–20 年的设备。促成购买的那款产品很少是最后一款进入其中的产品。按当前被测设备 (DUT) 不留余量地选尺寸,是我们听到的最常见的悔恨。如果您在编制预算方案,HALT/HASS 试验箱费用指南介绍了影响价格的因素。

*在台面中心上方 102 mm (4 in) 处测量,−65 °C 至 +100 °C。

常见问题

HALT 和 HASS 有什么区别?

HALT 是研发阶段的试验,对样机施加超出规格的应力,以找出工作极限和破坏极限并暴露设计弱点。HASS 是生产筛选,把从这些 HALT 极限推导出的应力施加到正在制造的产品上,以捕获工艺和装配缺陷。HALT 检验设计,HASS 检验制造。

可以不先做 HALT 就做 HASS 吗?

负责任地说,不行。HASS 剖面是从 HALT 测得的工作极限和破坏极限推导出来的。没有这些极限,您就是在猜测产品能承受多大的应力,而且是在您打算出售的产品上——这要么导致筛选太温和而什么都发现不了,要么消耗良品的寿命。

HALT 具有破坏性吗?

是的,而且是有意为之。HALT 持续进行,直到产品达到破坏极限或试验箱能力用尽。一次没有产生任何失效的 HALT,意味着应力施加得不够远。用于 HALT 的样机会被消耗掉。

HASS 具有破坏性吗?

不。设计正确的 HASS 剖面保持在 HALT 发现的极限之内,筛选验证 (Proof of Screen) 证明良品可以多次经受它而没有可测量的退化。如果 HASS 正在损伤良品,那就是剖面错了。

HALT 和 HASS 使用同一台试验箱吗?

是的。两者需要同样的两项能力——快速的产品温度变化速率和六自由度重复冲击振动——因此在同一台 HALT/HASS 试验箱内运行。两者之间变化的是剖面,而不是设备。

各需要多长时间?

一次 HALT 通常持续数天,每个设计做一次。HASS 筛选必须纳入生产节拍,因此通常每台产品远少于一小时,并在产品的整个生命周期内持续运行。

什么是 HASA,何时转为 HASA?

HASA (Highly Accelerated Stress Audit,高加速应力审核) 把 HASS 剖面施加到每个生产批次的样品上,而不是每一台产品。当制造工艺已证明稳定、筛选不再产生失效时,转为 HASA 是合适的。转得太早会放弃 HASS 提供的保护。

HALT 能取代 MIL-STD-810 或 IEC 60068 鉴定试验吗?

不能。那些是鉴定标准,有设定的、具有代表性的剖面和通过/不通过的结果。HALT 使用有意不具代表性的应力来发现极限,不产生“通过”的结果。它们回答的是不同的问题,大多数受监管的产品两者都需要。

HALT 能预测我的产品能用多久吗?

不能。HALT 施加的应力不代表现场条件,也不计算加速因子,因此无法得出 MTBF 或寿命预测。它得出的是一组测得的极限和一份按重要性排序的薄弱环节清单。

我们一年只生产几百台产品。HASS 值得做吗?

通常值得,而且往往比大批量时更值得。小批量产品往往是高价值产品,一次现场故障的代价超过一年的筛选费用——而且在小批量下,100% 筛选切实可行,不会成为产能问题。

与工程师交流

Hanse Environmental 自 1993 年起在美国密歇根州 Allegan 制造 HALT/HASS 系统。如果您想在收到任何报价之前,先聊聊您的产品究竟需要什么,请联系我们,与您交谈的将是制造这些设备的人,而不是呼叫中心。