什么是可靠性研制试验

 

按GJB450A《装备可靠性工作通用要求》的规定，可靠性试验共分为6个工作项目。

 

 

可靠性研制试验(RDT)的目的是通过对产品施加适当的环境应力、工作载荷，寻找产品中的设计缺陷，以改进设计，提高产品的固有可靠性水平。在研制阶段的前期，试验目的侧重于充分地暴露产品缺陷，通过采取纠正措施，以提高可靠性，因此大多数采用加速的环境应力，以激发故障。在研制阶段的中后期，试验的目的侧重于了解产品的可靠性与规定要求的接近程度，并对发现的问题，通过采取纠正措施，进一步提高产品的可靠性。

 

可靠性研制试验（RDT）是装备开发过程中一项重要的可靠性工程活动，旨在通过施加环境应力和工作载荷，发现产品设计中的潜在缺陷，进而改进设计，提升产品的固有可靠性水平。

 

可靠性研制试验（RDT，Reliability Development Testing）是产品研发过程中用于提升产品固有可靠性的重要阶段性测试。其主要目的是在产品的研制阶段，通过施加环境应力和工作载荷，揭示设计缺陷和潜在问题，并通过纠正措施改进设计，从而提高产品的可靠性。

 

RDT的主要特点：

暴露设计缺陷：在研制的初期阶段，通过施加高于正常工作条件的应力（如温度、振动、电气应力等），暴露出设计、材料或制造方面的潜在缺陷。

 

纠正设计缺陷：通过分析试验过程中暴露出的故障，采取纠正措施，如设计修改或改进制造工艺，提升产品的固有可靠性。

 

模拟实际工作条件：在中后期的研制试验中，测试的环境条件和工作载荷会接近产品的实际使用条件，以验证产品在规定条件下的可靠性水平。

 

加速应力试验：通常在研制阶段会使用加速应力（例如更高的温度或更高的工作频率），目的是在短时间内引发故障，从而更快地发现潜在问题。

 

RDT的阶段划分：

初期阶段：测试的重点是充分暴露设计缺陷，因此采用较高的环境应力和负载条件，试验的结果主要用于设计改进。

 

中后期阶段：测试逐渐过渡到验证产品的可靠性是否符合设计要求。此时的试验重点在于评估产品在实际工作环境下的表现，并继续通过纠正措施提升产品可靠性。

 

目的：

提高固有可靠性：通过反复地测试和改进，确保产品在其整个生命周期内能稳定工作，减少故障发生的概率。

 

降低全寿命周期成本：提高产品可靠性可以减少售后维护成本和产品失效带来的损失，从而降低全寿命周期的总成本。

 

总结来说，可靠性研制试验是确保产品从设计到实际使用过程中能够保持高可靠性的重要手段，它帮助开发团队在产品正式投入使用之前，通过精密的测试和分析消除潜在缺陷。

 

所以，试验主体是“研发人员”，试验阶段是“研发阶段”，这里对产品进行的摸底实验统称为“可靠性研制试验”。

 

从这里看，可靠性研制试验 与 环境应力试验，并不是并列关系，也不是包含关系。

 

环境应力试验，在“研制阶段、转生产阶段、出厂测试阶段”，都会进行。在可靠性研制实验中，当然也包含“环境应力试验”。

 

HALT试验与“可靠性研制试验”的关系

 

可靠性研制试验（RDT）和高加速寿命试验（HALT，Highly Accelerated Life Test）之间存在密切关系。它们的目标都是通过暴露产品的潜在故障并采取纠正措施来提高产品的可靠性，但两者的应用范围和方法有所不同。

 

1. 共同目标

RDT和HALT都旨在提高产品的固有可靠性，在产品开发阶段发现设计缺陷，并通过改进设计来增强产品的抗故障能力。

 

2. HALT作为RDT的一部分

HALT通常是可靠性研制试验（RDT）中的一个重要组成部分。HALT是RDT的早期测试手段之一，主要用于产品的设计和研发阶段。通过对产品施加远超其正常工作条件的应力（例如温度、振动、应力变化等），HALT能够迅速引发产品中的潜在故障，从而揭示设计缺陷。其作用是通过在极端条件下的破坏性测试，帮助研发团队尽早发现并改进产品设计。

 

HALT的特点：

 

加速应力：HALT使用比正常工作条件更高的环境应力（如温度、振动）来引发故障，以加快测试过程。

 

揭示设计极限：HALT通过持续施加应力直到产品失效，来确定产品的设计极限（Design Limits），并为研发提供可靠性改进的依据。

 

故障驱动的设计改进：HALT的结果直接用于改进产品设计，使其在实际使用条件下的可靠性得到提升。

 

3. RDT的整体范围

RDT涵盖整个产品研发过程，除了HALT，还包括其他试验方法（如环境应力筛选、加速寿命试验、可靠性增长试验等）。这些试验方法在RDT的不同阶段应用于产品开发的不同目的。

 

早期阶段：通过HALT等加速应力测试揭示潜在设计问题。

 

中后期阶段：逐步过渡到验证产品在实际环境条件下的可靠性水平。

 

4. 差异性

HALT的应力水平远超实际工作条件：HALT的应力超出产品正常使用范围，目的是发现极限条件下的故障点，而RDT中的其他测试通常在接近实际使用条件下进行，以确保产品在实际工作环境中的可靠性。

 

RDT是一个全面的过程：RDT包括多种测试方法，HALT只是其中一个手段，侧重于早期发现问题。RDT还包括寿命验证、增长测试等后续阶段的试验，确保产品的可靠性符合预定的要求。

 

结论

HALT是RDT中的一部分，主要用于早期通过极端加速测试发现设计缺陷，而RDT则是一个全面的可靠性开发和验证过程，涵盖从设计改进到最终产品验证的多个阶段。

 

什么是HALT试验

 

HALT（Highly Accelerated Life Test）的全称是高加速寿命试验，是一种试验方法（思想），采用的环境应力比加速试验更加严酷。主要应用于产品开发阶段，它能以较短的时间促使产品的设计和工艺缺陷暴露出来，从而为我们做设计改进，提升产品可靠性提供依据。

 

高加速寿命试验（HALT）：是比加速寿命试验更为激进的应力条件，通过快速提高应力级别来暴露产品的设计缺陷。

 

 

HALT试验其实是硬件工程比较恐惧的试验：因为往往实验过程中，会出现不少问题。会有一种深陷泥潭不能自拔的感觉。

 

1、由于HALT试验是产品开发阶段，产品相对稳定度还不够的时间段，出问题的概率还是比较高的。

 

2、而且是不按照器件规格进行的试验，如果不出问题，则会一直做到试验设备的极限。直到找到产品的薄弱点，并且分析出原因，给出整改意见。直到达到现有设计的极限。

 

3、问题往往难复现，根因难于挖掘。

 

高加速寿命试验(HALT)是由美国Hobbs工程公司总裁GreggKHobbs博士首先提出来的。从90年代开始,HALT获得推广应用。HALT的最大特点是时间上的压缩,即在短短的几天内模拟一个产品的整个寿命期间可能遇到的情况。

 

但其实HALT试验能暴露出产品的短板，开发阶段发现和解决硬件问题的成本代价，要比发货后发现问题再去解决，成本代价要小很多。

 

此时设计师头疼去发现和解决问题，是为了未来产品上市的良好质量保证，需要严谨态度去面对问题，感谢问题，不能捂问题。

与传统的可靠性试验相比,HALT试验的目的是激发故障,即把产品潜在的缺陷激发成可观测的故障。因此,它不是采用一般模拟实际使用环境进行的试验 , 而是人为施加步进应力 ,在远大于技术条件规定的极限应力下快速进行试验 ,找出产品的各种工作极限与破坏极限。目前,虽然还没有相关的试验标准 ,但国外在航空、汽车及电子等高科技产业都广泛开展了 HALT 项目 ,已有相当成效。HALT具有如下优点 :

 

1、利用高环境应力 ,提早使产品设计缺 陷激发出来 ,从而消除设计缺陷 ,大大提高设 计可靠性 ,确保产品能获得早期高可靠性 ,使 产品具有高的外场可靠性 ;改善后可延长产 品早夭期(浴盆曲线后段延伸 ) ; 

 

2、产品的设计周期大大减少 ;

 

3、生产费用大大降低 ;

 

4、维修费用大大降低 ,因为交付的产品 具有更高的可靠性 ;

 

5、了解产品的设计能力及失效模式 ;

 

6、HALT能找出产品的工作极限和破坏 极限 ,为制定 HASS(高加速应力筛选) 方案 , 确定 HASS 的应力量级提供依据 ;

 

7、大大减少鉴定试验时的故障 ,经过 HALT的产品 ,鉴定试验已不重要 ,仅是一种形式而已。

 

今天的产品更耐用 ,为了更好地提高产品竞争力，所以有必要开展HALT 去改进产品的可靠性。HALT利用高环境应力 ,提早使产品设计和工艺缺陷激发来 ,从而消除设计和工艺缺陷 , 加速产品设计的成熟 ,大大提高产品可靠性。在加速把产品潜在的故障以失效形式暴露出来 ,随机振动比温度循环更有效 ,综合试验比单个试验更有效。

 

试验条件的要求

做HALT试验的设备必须能够提供振动应力和热应力，并满足下列指标：

 

振动应力：必须能够提供6个自由度的随机振动；振动能量带宽为2Hz～10000Hz；振台在无负载情况下至少能产生65Grms的振动输出。

 

（注：g值是一个重力加速度值，就是1G=9.8m/s2, 而Grms是个积累的物理量，类似于能量一样，在一定的频率范围内对PSD积分（PSD：功率谱密度（power spectral density）、近似的算法就是求面积，在将面积开方就是你所需要的了），然后将积分的结果开方，也叫加速度总均方根值。）

 

热应力：目标是为产品创造快速温度变化的环境，要求至少45℃/min的温变率；温度许可范围至少为－90℃～＋170℃。

 

试验中的试验项目分类

HALT试验中的试验项目分为以下各类，试验中按下面的顺序进行试验：

 

（1）试验前常温工作测试；

 

（2）步进低温工作试验；

 

（3）低温启动试验；

 

（4）步进高温工作试验；

 

（5）高低温循环试验；

 

（6）步进随机振动试验；

 

（7）高低温循环与步进随机振动结合的综合试验；

 

（8）低温与随机振动结合的综合试验（选做）；

 

（9）高温与随机振动结合的综合试验（选做）；

 

HALT试验的实际试验过程

1、搭建试验环境

 

试验人员首先按上述试验基本要求准备好试验设备、测试设备、试验样品等资源，然后开始搭建试验环境：

 

（1）把试验样品有针对性地置于试验箱内，如果是振动试验，必须用夹具固定样品；

 

（2）把电源线、信号线及监视用电缆、光纤等引线通过试验箱出线口引出，与外面电源、监视设备等正确相连；

 

（3）对试验样品按规律编号，以便于试验过程的记录；

 

（4）样品上电，研发、测试人员负责按测试用例对样品组网、配置业务并配置仪表，使样品工作正常。

 

（5）样品掉电，给样品的温度、振动关键检测点粘贴必要的热电偶和振动加速计（注意，由于加速计在高温时容易损坏，在有高温的振动试验中，不要使用加速计）。

 

2、试验前常温工作测试

试验前的常温工作测试，即在搭建试验环境完成后，对样品持续进行一段时间的测试。有两个目的：一是，确认试样在正常工作条件下是符合规格要求；二是，测量常温工作条件下试样关键部位的温升。

 

3、步进低温工作试验

从样品低温规格限开始，步进降温，步进步长一般为10℃，接近极限时步长取5 ℃；如果已有其它样品做过本试验项目，并确定失效温度点距离规格限较远，为缩短试验时间，步长可以为20℃。

 

每个温度台阶的停留时间应足够长，使得产品的每个器件的温度稳定下来，通常是产品温度达到温度设定点后5～15分钟。

 

每个温度台阶必须进行完整的功能测试。

 

试验中满足以下任意一个条件，本项目即可停止：一是，低温达到或超过了零下90℃，或试验样品在某个温度点附近一致失效；二是，达到了试验箱的极限；三是，达到了样品材料所能承受应力的物理极限。

 

如果产品发生了失效，温度回升至上一个温度台阶，判断失效为运行限还是破坏限。

 

如果试验满足终止条件后试样依然没有失效，则把当时最低的温度试验条件定为试样的运行限；如果找到了某个样品运行限或操作限，但还不满足试验结束条件，则更换样品，继续试验。

 

4、低温启动试验

低温启动试验一般和步进低温工作试验结合在一起做。

 

低温启动从－20℃开始，如果启动成功，则以10℃为步长降温，接近极限时步长为5℃；如果启动不成功，以10℃为步长升温，接近样品低温规格时，步长为5℃。

 

样品断电，试验箱保持某一低温，监视样品内部温度，直至温度平衡，再停留10分钟，保证芯片内部被冷透。

 

样品上电，配置业务，并监视样品性能，根据性能指标判断是否启动成功。

 

5、步进高温工作试验

从样品高温规格限开始，步进升温，步进步长一般为10℃，接近极限时步长取5 ℃；如果已有同种产品的其它样品做过本试验项目，并确定失效温度点距离规格限较远，为缩短试验时间，步长可以为20℃。

 

每个温度台阶的停留时间应足够长，使得产品的每个器件的温度稳定下来，通常是产品温度达到温度设定点后10～15分钟。

 

每个温度台阶必须进行完整的功能测试。

 

试验中满足以下任意一个条件，本项目即可停止：一是，温度达到或超过了高温150℃，或试验样品在某个温度点附近一致失效；二是，达到了试验箱的极限；三是，达到了样品材料所能承受应力的物理极限，比如塑料熔化。

 

如果产品发生了失效，温度下降至上一个温度台阶，判断失效为运行限还是破坏限。

 

如果试验满足终止条件后试样依然没有失效，则把当时最高的温度试验条件定为试样的运行限；如果找到了某个样品的运行限或操作限，但还没有达到试验结束条件，则更换样品，继续试验。

 

如果电路有一些已知的热的敏感点，在升温中采用必要方法屏蔽掉这些部位，比如局部制冷或加强散热，以发现样品其它部分的缺陷。

 

6、高低温循环试验（选做）

一般进行5个循环，最少要进行3个温度循环，除非产品发生破坏性失效；温度变化速率取试验箱的最大温变能力，如果在温度变化时试样失效，则降低温度变化率。

 

温度循环的温度极点取【低温操作限＋5℃，高温操作限－5℃】。

 

在两个温度极点至少等产品到达温度设定点后再停留5分钟，如果产品体积很大或热容量很大，比如体积超过0.05立方米，应适当延长停留时间。

 

尽可能在温度变化时完成完整的功能测试。

 

如果试验时间紧急，可以不做此项测试，因为后面的温度循环与振动的综合试验中包含了此种应力。但推荐尽可能做此项测试。

 

7、步进随机振动试验

首先了解产品对振动的大致响应，然后用合适的夹具把样品固定在振台上，在样品合适部位安装加速度计。选择加速计安装部位的原则为：

 

（1）用有限数量（6通道）的加速计，监视样品尽可能全面的振动情况。

 

（2）步进起始振动为1～10Grms，推荐5Grms；

 

（3）步进步长为1～10Grms，推荐5Grms；

 

（4）每个振动台阶停留5分钟，并完成完整的功能测试；

 

（5）在振动强度超过20Grms时，每个振动台阶完毕，把振动值调至5±3Grms，并做功能测试，有利于故障的暴露；

 

（6）试验中满足以下任意一个条件，本项目即可停止：一是，振动达到或超过了50G，或试验样品在某个振动点附近一致失效；二是，达到了试验箱的极限；三是，达到了样品材料所能承受应力的物理极限，比如表贴器件管脚断裂。

 

如果产品发生故障，将振动强度降回上一个台阶，判断该失效为运行限还是破坏限。

 

如果试验满足终止条件后试样依然没有失效，则把当时最低的试验条件定为试样的振动运行限；如果找到了某个样品的运行限或操作限，但还没有达到试验结束条件，则更换样品，继续试验。

 

8、高低温循环与步进随机振动结合的综合试验

振动极限值取步进振动试验中的操作限。

 

（1）高、低温极限值与纯粹的高低温循环试验相同；

 

（2）共计5个循环；

 

（3）第一个循环的振动设定值为振动极限值的五分之一，步长同样为振动极限值的五分之一；

 

（4）推荐每个振动台阶完毕，把振动值调至5±3Grms，并做功能测试，有利于故障的暴露；

 

（5）在每个温度停留点进行完整的功能测试，可能的话全程监视产品性能。

 

9、低温与随机振动结合的综合试验（选做）

如果在温度循环与随机振动的综合试验中试样在温度循环的低温段出现软故障，则可以开展本试验项目，用于试验问题的定位。试验分为两类：

 

（1）步进振动的低温试验

 

温度取低温操作限或略高5℃，进行步进随机振动试验，试验步骤与“步进随机振动试验”相同。振动极限值取试样的振动运行限或略低5G。

 

（2）步进低温的振动试验

 

振动取振动操作限或略低5G，进行步进低温试验，试验步骤与“步进低温工作试验”相同。温度极限值取试样的温度运行限或略低5℃。

 

10、高温与随机振动结合的综合试验（选做）

如果在温度循环与随机振动的综合试验中试样在温度循环的高温段出现软故障，则可以开展本试验项目，用于试验问题的定位。试验分为两类：

 

（1）步进振动的高温试验

 

温度取高温操作限或略低5℃，进行步进随机振动试验，试验步骤与“步进随机振动试验”相同。振动极限值取试样的振动运行限或略低5G。

 

（2）步进高温的振动试验

 

振动取振动操作限或略低5G，进行步进高温试验，试验步骤与“步进高温工作试验”相同。温度极限值取试样的温度运行限或略低5℃。

 

HALT试验和HASS试验的关系

 

HASS（高加速应力筛选）和HALT（高加速寿命试验）**之间有着密切的关系，HASS 是在 HALT 基础上应用的一种生产过程筛选方法。两者虽然目的不同，但都使用了高加速应力来测试产品的可靠性。下面是它们的关系及主要区别：

 

1. HALT试验的作用

目的：HALT 是一种破坏性测试，旨在暴露产品在设计阶段的弱点。通过施加远超产品正常使用条件的应力（如极端温度、振动等），HALT 可以帮助开发团队找到设计和工艺上的缺陷，并通过改进设计提高产品的固有可靠性。

 

应用阶段：HALT 主要应用于产品开发的早期阶段，确保产品在设计上足够稳健，能够应对实际使用中的应力。

 

过程：HALT 通过施加逐渐增加的应力，直到产品失效，从而发现产品的设计极限（Design Limits）。这些信息被用于改进设计和材料选择，确保产品在更广泛的工作环境下仍然可靠。

 

2. HASS试验的作用

目的：HASS 是在产品经过 HALT 试验并改进设计后，用于生产阶段的一种非破坏性筛选方法。HASS 的目的是通过对批量生产的产品施加加速应力来筛选出可能存在制造缺陷的产品，以确保出厂产品的质量和一致性。

 

应用阶段：HASS 主要应用于批量生产阶段，目的是检测并剔除在制造过程中可能出现的潜在早期失效问题。

 

过程：HASS 使用的是较 HALT 低的应力水平，但这些应力仍然比产品正常使用时的应力要高。应力条件由 HALT 试验结果决定，确保产品在实际使用条件下可以可靠工作，但不会引发产品的失效。

 

3. HALT和HASS的关系

基础关系：HASS 的实施依赖于 HALT 试验。通过 HALT，设计团队确定了产品的设计极限（即产品能够承受的最大温度、振动等应力水平）。根据这些数据，HASS 设定了一个不会损坏产品的应力范围，用于对批量产品进行筛选。

 

应力水平的区别：HALT 施加的是超出产品设计极限的应力，目的是为了引发产品的失效并改进设计；而 HASS 则施加的是接近但低于产品设计极限的应力，目的是筛选制造中的缺陷，而不破坏产品。

 

使用目的的不同：

 

HALT：用于设计阶段，找出产品的设计和制造缺陷，推动产品改进。

 

HASS：用于生产阶段，确保批量生产的产品没有早期失效问题，维持产品质量和一致性。

 

4. 流程中的位置

HALT 在前，HASS 在后：

 

HALT 是产品开发中的一种强化试验，帮助设计团队了解产品的极限并改进设计。

 

HASS 是在产品设计定型后，进入生产环节的一种筛选试验，用来识别生产过程中可能存在的缺陷产品。

 

5. 举例说明

例如，在电子产品的开发过程中，开发团队首先进行 HALT 试验，发现电路板在高温条件下有故障，可能是某个元器件的焊接点不够牢固。团队通过改进设计解决了这个问题，并确定电路板能够承受的最大温度和振动应力。随后，在产品批量生产时，工厂通过 HASS 试验，对每批电路板施加接近但低于产品极限的应力，以确保没有生产缺陷的电路板进入市场。

 

6. 总结

HALT 和 HASS 互为补充：HALT 旨在改进设计，HASS 旨在确保制造质量。

 

HALT 是设计验证工具，HASS 是生产质量筛选工具：HALT 帮助设计团队确保产品的可靠性和稳健性，而 HASS 则在批量生产时用来筛选出可能的早期失效产品，确保出厂产品的可靠性。

 

总的来说，HALT 和 HASS 都是提升产品可靠性的重要工具，HALT 用于设计验证，HASS 用于生产控制，两者协同工作，确保产品从设计到生产的各个阶段都具有高可靠性。