结果
通过使用这些应力筛选技术发现了一些会在现场使用中出现问题并以现场失效返回的问题。下面的测试实例指出了采用HALT和HASS技术发现的几类结果。
实例1-印制电路板组件。其中一个受试单元一加载振动就出现随机故障。在分析这一故障时发现一个校准器与它的热衬底下面的一个VIA发生了短路。在热衬底与VIA之间加一个绝缘器件就消除了故障。
实例2-电源供电。在试验中通过将热电偶横放在受试单元的几个位置并对温度进行监控发现了几个过热点,为减少局部过热,设计了一个经过机械加工的热衬底保护层,加上一条母线来减少通过输出二极管的电流密度,同时增加了一个二极管线路来分散输出二极管产生的热量。该产品中的变压器也进行了重新设计,消除其在52°C的磁性饱和。试验同时表明这一设计中使用的并行转换器并不能象说明书中所写的那样进行分流。在HALT试验后对这一产品作了一些设计改进。
实例3-吹风机组件。在振动试验中有16gRMS输入时其中一个单元失效。对这一单元进行分析后发现控制卡上用了一个闸路控制来控制试验中坏掉的风叶的速度。该闸路控制远离电路板仅用导线连接,在它顶部的一个热叶片在生产过程中为了预防与封装在里面的风叶发生短路而被弄弯。通过对闸路控制的分析得到上述弯曲引起了管脚处的应力裂纹,从而导致在使用一定时间后断裂。与该控制卡的供货商联系后,他们试图寻找在低剖面下的替代安装方法或零件。最后找到了替代途径而很快实施了这一改进。
实例4-电源分布组件。在试验温度达到-50°C时一个单元的电路断路器清除了远程命令而出现故障。由于怀疑故障是由于单元的恢复操作引起的,用一个其他厂商的产品代替了上述电路断路器并重新进行试验,而且试验结果没有出现问题。该单元在温度和振动的混合试验中仍然出现问题。在-25°C、10RMS环境的第三个循环中,ACFAIL输出不稳定,该单元最终不再执行线源传递的操作。在后备DC电源通过25管脚IO接口供电时操作正常。故障分析结果表明AC输出问题是由变压器引线破损引起的。所有在此次试验中失效的单元都使用了同一厂家的电源变压器,出现了同样的故障模式。每个单元的变压器都用另一厂家的代替后重新试验都没有出现故障或退化。
实例5-印制电路板组件。对该设计最初进行的HALT试验中,在低温极限出现了几个故障。故障单元在30°C时出现了处理器写错误,系统在-20°C时处于紧急状态,在从45°C到25°C进行温度循环时出现周期性的数据错误,在30°C和65°C之间时出现周期性的检查和奇偶错误。开发人员对设计进行分析发现了计时问题,通过改变设计中使用的一些PAL等式加以改正。经过改进的电路板通过了HALT试验,通过这一试验该产品在设计上有了很大的改进。
实例6-全系统配置。试验中出现的问题之一在AC/DC电源供应部分。这是一个新问题,在电源集成的HATL试验中没有出现。受试系统的电源在最小的应力下出现了失效。.其他用于测试的其他区域的用电源供电的系统也出现的同样的故障。这些单元被返回到供货方进行故障分析,发现有15个单元用错了一个部件。
实例7-印制电路板组件。在HALT和HASS试验中有50%的卡出现问题。这些电路板在生产的HASS过程中出现了故障但拿回到实验室分析其故障的根本原因时却发现工作正常。在应用最小量的振动时,故障源追溯到了EPROM部分,包括EPROM刷新的频率。在这一部分发现由于不正规的安装和移动使插座出现了退化。在现场使用中这一原因应该也导致了大量的故障,因为常规的电路板处理也会引入故障。对装有新的EPROM和插座的电路板进行筛选验证试验,结果不再有故障出现。此后生产厂在安装和移动EPROM时使用正确的方法,改进了生产过程。在此类电路板上使用的插槽也提高了质量。厂家更计划从电路板上完全移除这些插槽。
实例8-供电。HALT试验中发现这种特别的供电产品存在几个设计问题,本实例仅说明其中的一个问题。在温度和振动混合循环的开始,所有的输出都降到零。通过分析发现该单元在互连跳接处有一个起来的管脚。测试另一个单元时在温度和振动混合的第二个循环中输出降到零点。经查找在12V调节器上有一个翘起来的管脚。
针对所有问题都出现在同一个设计区进行了深入研究。在检查中发现,这个区域是由于FR4板与铝衬底的分离导致了应力的出现。而且,互连跳线是两块板桥梁,12V调节器主体在铝衬底上,由导线焊连到FR4板上。上述问题表明,由于在这些元器件跳接的区域焊接不良,因此即使该产品经过了成熟的生产过程,在使用现场仍有风险出现疲劳损坏。通过与供货方进一步的讨论发现互连的位置上和调节器没有焊接充分,因为有VIA孔,可以使焊剂通过VIA孔流到FR4板的第一层。
收益
HALT和HASS试验使用户对产品建立了信誉,并对产品质量有一种期望。通过这些实验技术能够在很大程度上提高产品质量,增强产品竞争力。
通过HALT增强了产品的健壮性,从而提高了产品的可靠性。由于在生产试验阶段采用了HASS,所需总试验时间减少了很多,从而能够更快地打开产品市场。在HASS中,需要在测试周期结束的早期来发现问题而在系统级测试中在测试周期的后期查找问题,降低在产品成型阶段出现问题需要重新设计带来的风险。
结论
进行HALT和HASS试验的目的不是服从实验结果,而是进行矫正,防止问题的出现。为达到这一目的,试验中需要物理试验单元试验至失效以发现其薄弱环节,确定其产生的根源并实施矫正措施。
在HALT中对产品进行物理破坏的目的在于试图通过以期望的最终使用环境进行刺激来最大限度地提高和量化产品的强度余量(包括运行和自毁)。HALT作为设计阶段的一部分是非常重要的,是与设计人员建立起理解的一个重要方面。产品在进行HALT试验时,没有什麽规范手册可言,HALT决定了产品的极限值。
在HASS中,疲劳破坏通过刺激源累加到受试产品上。但是,通过HASS试验证明筛选过程是有效、省时、费效比高的一种试验方法。筛选验证过程证明了这一点,证实筛选能暴露出可能在现场使用时出现的设计纰漏或生产缺陷而无需破坏好产品或消耗产品的寿命。
管理闭环矫正措施过程对预防故障再现是非常重要的。在HALT和HASS过程中对所有出现的故障都必须分析其根本原因和将矫正措施计划反馈给工程人员、生产方、供货方这两项工作是需要强制完成的。这些过程需要产品测试、硬件设计、机械设计、软件开发和测试、生产、失效分析、供货方以及资深管理者的支持的共同协作,才能获得最大的利益。