可靠性工程中HALT技術的應用

張文昌，劉海鵬，于功山，范志超

（1.浪潮電子信息產業股份有限公司，山東 濟南 250101；2.軍委裝備發展部軍事代表局駐天津地區軍代室，天津 300000；3.山東天岳晶體材料有限公司，山東 濟南 250101）

0 引 言

壽命試驗是為了測定產品在規定的應力條件下的壽命所開展的試驗，是可靠性試驗中重要且基礎的試驗。將產品的樣本置于規定的應力條件下，在試驗期間記錄每次的失效時間，以便定量分析失效時間和分布規律，以便將其作為可靠性優化設計提高產品可靠性的依據。

1 HALT技術介紹

HALT是按照預定的試驗方法對試驗樣件逐漸施加應力條件，直到施加應力條件超過其承受極限條件，從而暴露出相應的故障。HALT主要是運用故障物理學激發產品故障的一種模式，是將產品在超過其承受應力條件極限條件時失效作為主要研究對象，從而找出它的缺陷來對產品進行優化設計，提高產品的質量。

2 HALT技術原理

HALT技術的主要原理是通過遞進式增加應力條件的方式，找出被試樣件的“工作極限應力條件”和“破壞極限應力條件”。如圖1所示，產品的工作極限對試驗樣件施加的環境應力條件超過了試驗樣件能承受的最大應力條件，從而激發試驗樣件發生故障，導致試驗樣件不能正常工作。環境應力條件恢復到標準條件后，試驗樣件又恢復正常工作。產品破壞極限，對試驗樣件施加的環境應力條件遠遠超過了試驗樣件能承受的最大應力條件范圍，試驗樣件遭到破壞，環境應力條件恢復到標準條件后仍不能工作，試驗樣件遭到了徹底破壞。

圖1 3種應力條件下的極限確定

3 HALT分類及HALT技術特點

3.1 HALT的分類

HALT大致可分為3種，即恒定應力條件HALT、步進應力條件HALT和序進應力條件HALT[1]，如圖2所示。

圖2 HALT應力條件

3.1.1 恒定應力條件HALT

將一定數量的試驗樣品分成幾組，每組固定在一個應力條件下做HALT，如圖2（a）所示。選用的最高應力條件應保證試驗樣品失效機理不改變，最低應力條件要高于正常工作條件下的應力條件。

3.1.2 步進應力條件HALT

用一定數量的試驗樣品做試驗，施加應力條件的方式以臺階式由低到高逐步提高，一直到試驗樣品大量失效時為止。選定一組應力條件S1、S2、…、Sn，設S0是正常工作條件下的應力條件，使S0＜S1＜S2＜…＜Sn。試驗開始時，使一定數量的產品在S1條件下進行試驗，達到規定應力條件的時間ts時，可能已有試驗樣品失效；這時把應力條件提高到S2，未失效的產品在應力條件S2下繼續進行試驗，又有些試驗樣品失效；如此繼續下去，直到大量試驗樣品失效為止。如圖2（b）所示。

3.1.3 序進應力條件HALT

對一定數量的試驗樣品，在施加應力條件大小隨時間等速直線上升的條件下做HALT，直至大量試驗樣品失效為止，如圖2（c）所示。

3.2 HALT技術特點

HALT是以逐漸遞增的形式來對產品施加不斷加大的環境應力條件，使產品發生故障，從故障中找出產品的缺陷。HALT中對產品施加應力條件后產品出現的失效情況，是通過遠遠超過產品設計時的最大環境應力條件承受度來激發的，且這些失效模式是在實際現場使用中出現的失效形式[2]。

4 HALT試驗時對性能、功能進行測試

開展HALT試驗前，需要制定試驗大綱作為整個試驗的技術支撐。HALT試驗與普通的鑒定試驗不同，實驗中要進行相應的性能、功能測試，并對試驗樣件的狀態進行實時檢測及有效的監控，及時準確獲取故障發生時的應力條件。實時的功能檢測可以知道試驗樣件發生故障時的應力條件，可以及時掌握發生故障時試驗樣件具體的狀態，通過定量分析，制定相關的優化提升方案[3]。

5 試驗結果評判方案

HALT試驗是假定某一個隨機變量為Sn，服從相應的分布參數n（正整數）以及P（成功概率）的二項式分布。對于任何一個正整數K（K的取值范圍{0,1,2,…,+∞}），可以表示為：

式中：n為樣本實際數量；Sn表示n次試驗時已經成功的次數。

β是使用方風險，是將實際的責任故障率（責任故障率=ND/NT，分子是檢測到的責任故障，分母是故障總數）降低到最低過程中可能接受的數值P1而最終使試驗通過的概率；α是供方風險，指產品本身的責任故障率已經達到設計目標P0但是沒有被接受的概率，理應滿足：

不等式計算后得出的解可能無窮多，一般選擇試驗費用盡量少的解，即n求最小解。

6 結 論

HALT可以縮短常規應力條件壽命試驗所需的時間，但它有局限性，不能完全代替正常使用應力條件下的壽命試驗，是一種破壞性試驗，只能取小部分試驗樣本進行試驗，存在置信度問題，只能對產品壽命做一個近似估計。由于HALT在理論上有一定的根據，在實踐中能節省時間，尤其是硬件本身的故障所引發的問題，HALT是最直接、最高效的試驗方法之一。所以，該方法被廣泛重視和應用，但是需要有長期常規應力條件壽命試驗作補充來檢驗HALT的準確性，且為試驗積累數據信息。