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高加速寿命试验与高加速应力筛选

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发布时间：2025-06-19 09:14:39 更新时间：2025-06-18 10:42:13

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

高加速寿命试验与高加速应力筛选：核心检测项目解析

高加速寿命试验（HALT）和高加速应力筛选（HASS）是产品研发与制造过程中用于快速暴露潜在缺陷、提升产品可靠性的关键技术手段。两者目标一致但应用阶段不同，其核心在于通过施加远超产品预期使用环境的极限应力，加速激发故障模式。检测项目的设计与执行是其中的关键环节。

一、高加速寿命试验 (HALT)：研发设计阶段的极限探索

HALT在产品设计或原型阶段实施，目的是在短时间内快速发现产品设计、材料和工艺的薄弱环节（缺陷），并确定产品的工作极限和破坏极限。其检测项目围绕多种极限应力的单独及组合施加展开，通过监测产品性能或功能状态来识别失效点。

核心检测项目：

步进应力试验： 这是HALT的核心方法。针对每种应力类型，从产品预期工作条件开始，逐步、大幅度增加应力水平，直至产品发生故障或达到设备能力极限。关键检测点包括：
- 低温步进： 逐步降低温度（远低于规格下限），监测产品启动、运行、功能性能。目标：找到低温工作极限（产品仍能工作的最低温度）和低温破坏极限（产品发生损坏或功能永久丧失的温度）。
- 高温步进： 逐步升高温度（远高于规格上限），监测产品启动、运行、功能性能、材料状态（如变形、熔化）。目标：找到高温工作极限（产品仍能工作的最高温度）和高温破坏极限。
- 快速温变循环： 在产品极限温度范围内（通常在找到的工作极限内），进行高变温速率（如>60°C/分钟）的循环。监测温度急剧变化下的性能稳定性、材料热胀冷缩导致的机械应力（如焊点、连接器、涂层开裂）。
- 振动步进（宽带随机）： 施加频率范围宽广（如2Hz至10,000Hz或更高）的随机振动，振动量级（Grms）逐步大幅提升。监测产品结构共振点、机械紧固件松动、导线磨损、PCB焊点/器件断裂、间歇性电气连接故障。
- 综合应力试验： 将温度循环（特别是快速温变）与振动步进同时施加。这是最严苛的测试，模拟现实环境中应力的叠加效应，能暴露单一应力下难以发现的缺陷（如温度变化导致材料变脆，同时振动引发断裂）。监测所有相关功能和性能指标。
工作极限与破坏极限判定： 在每个应力步进过程中，持续检测产品的关键功能参数和性能指标。记录产品首次出现功能异常（工作极限）和发生不可逆损坏或功能完全丧失（破坏极限）时的应力水平。
故障模式与根本原因分析： 对HALT过程中暴露的所有故障进行详细记录、分析和根本原因定位（设计缺陷、元件选型不当、制造工艺问题等），为设计改进提供直接依据。

二、高加速应力筛选 (HASS)：生产阶段的缺陷剔除

HASS应用于产品的生产制造阶段（通常在早期生产或关键批次）。它利用HALT得出的结果（特别是工作极限和破坏极限），设计一个高强度但短时间的应力筛选剖面，目的是剔除制造过程中引入的潜在缺陷（如虚焊、元器件瑕疵、装配错误、污染物），而不对良品造成显著损伤或消耗其有效寿命。

核心检测项目（基于筛选剖面）：

快速温变循环（筛选剖面）： 基于HALT数据，设定一个温度变化范围（通常在产品的操作规格和工作极限之间，略高于规格但远低于破坏极限），采用高变温速率（类似HALT）。循环次数相对较少（如5-20个循环）。监测产品在筛选过程中的功能状态（通常进行通电测试），筛选出对温度变化敏感的缺陷。
振动应力（筛选剖面）： 基于HALT发现的共振点或薄弱频率区域，施加特定频率范围（可能比HALT窄）的宽带随机振动。振动量级设定在足以激发制造缺陷（低于HALT破坏极限，但高于工作极限或规格要求）。监测产品在振动过程中的功能状态（通电测试），筛选出对振动敏感的制造缺陷（如虚焊、松脱、微裂纹）。
综合应力筛选： 最有效的HASS形式。将上述快速温变循环和振动应力筛选剖面同时施加。这种组合能更有效地激发温度循环和振动共同作用导致的缺陷（如热机械疲劳）。在整个综合应力筛选过程中，持续进行产品功能监测（通电测试）。
通电功能监测（贯穿始终）： 在HASS的整个应力施加过程中（尤其是在温变和振动阶段），产品通常处于通电工作状态。持续监测其关键功能、输出信号、通信、自检状态等。任何功能中断、性能超差或报警都视为筛选出的潜在缺陷。
筛选后检测： 应力筛选结束后，对产品进行全面的功能测试和必要的目视检查，确认筛选过程中是否引入了新的损伤或未检测到的失效。

关键差异与实施要点：

目的： HALT找设计/工艺缺陷，HASS剔制造缺陷。
应力水平： HALT追求极限直至破坏；HASS应力强度高，但需确保在破坏极限之下（留有安全裕度），避免损伤良品。
剖面来源： HASS剖面严格依赖HALT结果（工作极限、破坏极限、失效模式）。
检测核心： HALT关注应力步进中的性能变化与失效点定位；HASS关注在预设的筛选剖面下是否出现功能失效（通电监测）。
安全裕度： HASS剖面设计的关键是在筛选效果（高应力）与避免过应力损伤（低于破坏极限）之间取得平衡，通常会在HALT破坏极限下设定一个经验系数（如-20dB或80%量级法则）。
逐步递增： 首次实施HASS前，通常需要进行高加速应力稽核（HASA） 来验证筛选剖面不会对良品造成过度损伤。

总结：

高加速寿命试验（HALT）和高加速应力筛选（HASS）的核心价值在于其高效的缺陷激发与剔除能力。HALT通过步进式的极限应力测试（低温、高温、快速温变、振动及综合应力），聚焦于发现产品的设计薄弱环节和工作/破坏边界。HASS则利用HALT的成果，精心设计一个高强度、短时间的应力剖面（快速温变、振动及其综合），并在通电状态下持续监测产品功能，用于生产线上快速剔除制造缺陷。两者相辅相成，共同构成了在产品全生命周期早期提升可靠性的强有力工具，其有效性高度依赖于科学设计的检测项目和严格的执行过程。