Đánh giá độ bền của một sản phẩm điện tử là một phần không thể thiếu trong thiết kế và hiệu suất thành công. Kiểm tra tuổi thọ tăng tốc cao (HALT) là một công cụ kiểm tra quan trọng cho mục đích này, và hiệu quả của nó có thể được tối đa hóa thông qua việc lập kế hoạch cẩn thận trước khi thiết lập và thực hiện chi tiết.

HALT là gì?

HALT là quá trình áp dụng các tác nhân gây ứng suất tăng cường lên một thiết bị điện tử để buộc thiết bị phải chịu lỗi và phát hiện ra các điểm yếu trong thiết kế và chế tạo. Các tác nhân gây ứng suất được áp dụng thường vượt xa môi trường thực tế dự kiến ​​để nhanh chóng phát hiện lỗi. Điều này cho phép các kỹ sư tối ưu hóa thiết kế, sửa chữa hoặc thay thế các linh kiện bị lỗi và giảm chi phí phát triển sản phẩm.

Thủ tục HALT

Việc thiết lập kỳ vọng và chỉ thị rõ ràng để tiến hành HALT là một quá trình gồm nhiều bước bắt đầu bằng việc tập hợp các kỹ sư thiết kế lại với nhau để:

• Xây dựng kế hoạch thử nghiệm dựa trên vật lý độ tin cậy , bao gồm hiểu các chế độ và cơ chế lỗi tiềm ẩn và xác định rõ ràng các mục tiêu.
• Xác định môi trường dự kiến, bao gồm các ứng suất có thể xảy ra như nhiệt độ, độ rung và va chạm.
• Quyết định số lượng thiết bị cần thử nghiệm (DUT) có sẵn cho thử nghiệm HALT. Thông thường, từ một đến năm mẫu được sử dụng.
• Chọn các bài kiểm tra chức năng sẽ được chạy trong quá trình kiểm tra, chẳng hạn như thiết bị sẽ thực hiện chức năng gì, mạch nào sẽ hoạt động và mã và cảm biến nào sẽ thu thập dữ liệu.
• Xác định những thông số cần theo dõi dựa trên các thử nghiệm chức năng và ứng dụng mong muốn.
• Xác định những gì cấu thành nên sự cố. Điều này có thể bao gồm việc không vượt qua được bài kiểm tra chức năng (được theo dõi liên tục hoặc định kỳ trong quá trình kiểm tra), quan sát thấy hư hỏng vật lý, không duy trì hoạt động, v.v.
• Hãy cân nhắc sử dụng phần mềm mô phỏng độ tin cậy để mô phỏng độ rung và tải nhiệt để có thể tạo ra một mô hình có thể đạt đến giới hạn HALT. 

Cùng với việc phát triển phác thảo cơ bản, hai lĩnh vực chính phải được giải quyết.

1. Ứng suất áp dụng

Chọn ứng suất và mức ứng suất thích hợp cho thử nghiệm HALT:

• Rung động
• Nhiệt độ cao
• Nhiệt độ thấp
• Biên độ điện áp/tần số
• Chu kỳ điện
• Ứng suất kết hợp (tức là nhiệt độ và độ rung)

Việc lựa chọn mức ứng suất phù hợp phụ thuộc vào ứng dụng và môi trường hoạt động của thiết bị. Các bộ phận hoặc khu vực nghi ngờ có vấn đề bên trong thiết bị cũng có thể giúp xác định mức ứng suất cần áp dụng trong quá trình thử nghiệm.

2. Phương pháp tiếp cận ứng suất từng bước

Đối với mỗi căng thẳng dự định, hãy phân định rõ ràng:

• Điểm ứng suất bắt đầu.
• Lượng tăng ứng suất mong muốn ở mỗi bước.
• Thời gian của mỗi bước.
• Thiết bị hoặc giới hạn thiết bị chịu được ứng suất đó.

Thông thường, giới hạn vận hành và giới hạn phá hủy của thiết bị không được biết trước khi thử nghiệm. Thử nghiệm HALT có thể được sử dụng để xác định điều này thông qua phương pháp ứng suất từng bước. Nếu xảy ra lỗi trong quá trình giám sát hoặc thử nghiệm chức năng, ứng suất sẽ được giảm dần cho đến khi DUT phục hồi sau lỗi. Lỗi này được gọi là giới hạn vận hành. Khi ứng suất tăng vượt quá giới hạn vận hành và DUT không thể phục hồi nếu không được sửa chữa, giới hạn phá hủy đã đạt đến.

Thiết lập HALT

Để có kết quả chính xác, cần đặc biệt chú ý đến cấu hình HALT:

• Thiết kế một thiết bị rung để đảm bảo năng lượng rung được truyền vào sản phẩm.
• Thiết kế ống dẫn khí để đảm bảo năng lượng nhiệt được truyền vào sản phẩm. Điều này có thể bao gồm việc sửa đổi DUT để cho phép luồng khí lưu thông thông suốt bên trong thiết bị.
• Điều chỉnh buồng thử nghiệm cho phù hợp với mẫu thử.
• Xác định vị trí đặt cặp nhiệt điện và máy đo gia tốc để theo dõi nhiệt độ và gia tốc.
• Thiết lập tất cả các thiết bị kiểm tra chức năng và hệ thống cáp.

Tiến hành HALT

HALT rất toàn diện và bao gồm nhiều giai đoạn thử nghiệm, mỗi giai đoạn có các thông số cụ thể cần tuân theo. 

Ứng suất bước nhiệt

Kiểm tra ứng suất nhiệt theo từng bước áp dụng mức ứng suất nhiệt độ gia tăng trong suốt vòng đời sản phẩm để xác định chế độ hỏng hóc của sản phẩm.

• Kết nối thiết bị kiểm tra nguồn điện và chức năng với DUT. Có thể áp dụng hoặc không áp dụng các ứng suất bổ sung dành riêng cho sản phẩm tùy theo ứng dụng.
• Bắt đầu bằng ứng suất bước lạnh, tiếp theo là ứng suất bước nóng.
• Ban đầu tăng nhiệt độ lên 10 °C, giảm dần xuống 5 °C khi đạt đến giới hạn.
• Đặt thời gian dừng tối thiểu là 10 phút cộng với thời gian cần thiết để chạy thử nghiệm chức năng. Việc tính thời gian nên bắt đầu khi nhiệt độ được theo dõi trên DUT đạt đến điểm cài đặt.
• Tiếp tục thử nghiệm cho đến khi xác định được giới hạn vận hành và giới hạn phá hủy hoặc ứng suất tối đa theo quy định của kế hoạch thử nghiệm.

Chu kỳ sốc nhiệt

Chu kỳ sốc nhiệt được thực hiện giữa các giới hạn vận hành của DUT được xác định ở trên. Điều này khiến DUT tiếp xúc với các quá trình chuyển đổi nhiệt nhanh, đôi khi lên đến 60˚C mỗi phút hoặc nhanh nhất có thể tùy thuộc vào thiết bị/buồng thử nghiệm. 

• Kết nối thiết bị kiểm tra nguồn điện và chức năng với DUT. Có thể áp dụng hoặc không áp dụng các ứng suất bổ sung dành riêng cho sản phẩm tùy theo ứng dụng.
• Giữ phạm vi nhiệt độ trong khoảng 10 °C dưới giới hạn vận hành trên và 10 ˚C trên giới hạn vận hành dưới được xác định trong quá trình thử nghiệm ứng suất theo từng bước.
• Nếu mẫu không chịu được sự chuyển đổi nhiệt tối đa, hãy giảm tốc độ chuyển đổi xuống 10 °C mỗi phút cho đến khi tìm được tốc độ cho phép.
• Tiếp tục quá trình chuyển đổi nhiệt nóng và lạnh với thời gian dừng 10 phút ở mỗi cực trong tổng cộng năm chu kỳ. 

Bước rung động ứng suất

Kiểm tra ứng suất theo bước rung áp dụng mức ứng suất rung gia tăng để xác định chế độ hỏng sản phẩm.

• Kết nối thiết bị kiểm tra nguồn điện và chức năng với DUT. Có thể áp dụng hoặc không áp dụng các ứng suất bổ sung đặc thù của sản phẩm (chu kỳ nguồn, biên độ điện áp/tần số đường dây, v.v.), tùy thuộc vào ứng dụng.
• Xác định mức tăng trung bình bình phương căn bậc hai (Grms) của G, thường dao động từ 3-5 Grms trên sản phẩm.
• Đặt thời gian lưu trú tối thiểu là 10 phút cộng với thời gian cần thiết để chạy thử nghiệm chức năng.
• Ở mức 30 Grms trở lên, thực hiện rung "cù" giữa các lần rung điểm đặt. Rung "cù" được thực hiện ở mức 5 Grms trong khi kiểm tra chức năng.
• Tiếp tục thử nghiệm cho đến khi xác định được giới hạn vận hành và giới hạn phá hủy hoặc ứng suất tối đa theo quy định của kế hoạch thử nghiệm.

Kết hợp thử nghiệm rung động và sốc nhiệt

Kết hợp kết quả thử nghiệm và phương pháp để thử nghiệm sản phẩm sâu hơn. 

• Kết nối thiết bị kiểm tra nguồn điện và chức năng với DUT. Có thể áp dụng hoặc không áp dụng các ứng suất bổ sung đặc thù của sản phẩm (chu kỳ nguồn, biên độ điện áp/tần số đường dây, v.v.), tùy thuộc vào ứng dụng.
• Sử dụng giới hạn phá hủy rung động và chia cho 5 để xác định bước tăng ở mỗi chu kỳ nhiệt trong năm chu kỳ thử nghiệm này.
• Sử dụng giới hạn chu kỳ sốc nhiệt và tốc độ tăng nhiệt cho năm chu kỳ nhiệt.
• Ở mức 30 Grms trở lên, thực hiện rung "cù" giữa các lần rung điểm đặt (để phát hiện các chế độ hỏng hóc không thể hiện rõ trong điều kiện biên độ rung cao hoặc tĩnh). Rung "cù" được thực hiện ở mức 5 Grms trong khi kiểm tra chức năng.

Giám sát và phân tích lỗi sau HALT

Sau khi HALT hoàn tất, trọng tâm của các kỹ sư thiết kế sẽ là xác định nguyên nhân gốc rễ của tất cả các lỗi và hành động khắc phục. Điều này có thể bao gồm việc xác định vị trí lỗi và cơ chế lỗi cho từng chế độ lỗi. Sau đó, cần triển khai HALT xác minh để đánh giá xem các điều chỉnh thử nghiệm có khắc phục được sự cố hay không.

‍