过应力测试(HALT)的利益和成本(二)

Date: December 25,2023

HALT成功的决定因素





要使HALT测试成功,必须遵循闭环整改纠正措施程序。如果不进行故障分析以找出根本原因,则会失去 HALT 的好处。为了有效,结果必须是:

  • 反馈到设计部门以进行电路设计更改,选择其他供应商或改进现有供应商流程。
  • 反馈给制造部门以进行流程更改。
  • 用于确定生产筛选测试剖面。


成功的另一个关键点是几个关键领域成员的密切参与。其中包括:

  • 管理层 : 管理层必须分配足够的资源、时间和资金来进行HALT测试。他们还必须在故障分析阶段提供支持,以便及时获得闭环整改纠正措施。
  • 研发 / 工程 : 设计工程需要立即解决故障,这些故障有时可能超出HALT测试工程师的范围。
  • 供应商 : 供应商必须愿意并能够提供元器件故障分析,以获得故障根本原因。


成功的其他关键因素包括HALT在产品开发时间线中的位置、样本量、对于故障的相关性察觉以及故障报告。一旦硬件和软件可用且稳定,就应立即开始HALT测试。测试应尽可能同时使用多个单元,因为发现缺陷的概率随着样本量的增加而增加。测试期间发生的故障应被视为关联故障,并追查故障根本原因。最后,故障报告必须够清楚,以防止从HALT收集的故障和解决方案被忽略。


使用HALT裕量进行平均返还时间(MTBR)预测





  HALT可以用来预测产品的平均返还时间(MTBR)吗?如果是这样,那么我们就可以很好地估计HALT的利益,从而评估HALT的成本效益。
以下数据是从类似思科电信产品的多个HALT测试中收集的。MTBR和RMA 的准确数据收集要求在完成HALT测试后的一年内追踪这些质量数据。下图显示了 MTBR(产品实际的现场使用效能)与 HALT裕量之间的相关性。在此数据中,HALT裕量是操作规格和任何HALT失效故障之间的最小裕量(以摄氏度为单位)。不考虑振动故障。

这里看到的相关性明显而直观的。MTBR可以根据以下算式进行预测:
MTBR = [(0.0131)*(HM) + (0.0876)]*(NF)
此处

  • HM = 产品 HALT 裕量(HALT Margin)

  • NF = 用于上图的常态化因子(Normalization Factor)



HALT的经济正当理由





  在了解了HALT裕量和MTBR之间的关系后,我们能够评估HALT的成本效益。为了使HALT具有成本效益,成本必须低于预期的收益。HALT要求在关键阶段破坏至少一个原型样机,原型样机构建是产品开发中的主要成本项目。此外,还有其他成本,例如执行HALT所需的人力、测试设备的折旧、消耗品成本和纠正措施整改成本。HALT成本的正当理由模型如下。

成本正当理由: 改善可靠性
从上面的RMA率与HALT裕量的关系图中,如果操作裕量增加n°C,则正常化RMA率降低 0.0192 n。此外,每个RMA的成本约为WPC美元,其中WPC是生产电路板的成本(整个产品成本(Whole Product Cost))。HALT测试的利益是:

利益=(#预防的RMA数量)*(一个RMA的成本)= n(0.0192)(RMA截距)(Pvol)(WPC)$

此处

  • Pvol=年生产量



HALT测试的成本是:

成本=(WPC+Esalary+DEP+CON+CA)$

此处

  • Esalary=全职周薪

  • DEP=周设备折旧

  • COM=消耗品成本

  • CA=纠正整改成本


盈亏平衡点是成本等于收益。为了使HALT测试具有成本效益,平均而言,它必须增加操作裕量n°C。将成本设置为等于收益,我们可以解决证明HALT成本合理性所需的裕量n。

n=(WPC+Esalary+DEP+CON+CA)/[(0.0192)(RMA 截距)(Pvol)(WPC)]


其他潜在的HALT好处





HALT测试不是高加速寿命测试。事实上,这根本不是寿命测试。没有合适的加速算法或加速因子。HALT测试的可交付成果是操作裕量(极限)和故障模式。然而,操作裕量(极限)是现场绩效的指标。低裕量表示性能差(寿命短),高裕量表示性能好(寿命长)。一个测试很少的HALT项目没法得出HALT效能与现场效能相关联的必要数据。这并不是说相关性不存在—恰恰相反。经验丰富的HALT项目已经对类似产品进行过多次测试,可能比当前使用如基于元器件计数和单个元器件的现场数据的预测方法,更能准确地预测MTBR。这可能是因为当前的预测方法在计算中没有把实际产品设计的任何方面因素考虑进去,尽管HALT裕量是明确的被测产品规格。
考虑以下使用传统方法的RDT和由HALT裕度预测的RMA的比较。

此图表显示了置信度80%的75000小时MTBF预测所需的测试时间。蓝色线表示RDT需要40块电路板测试10周(假设1个故障和50°C测试温度的Arrhenius 加速)。RDT是一项非常耗时的测试,可能需要用到生产的设备和劳动力。
使用HALT裕量进行相同的预测只需要1块电路板1周。在下图中,显示RMA率与HALT裕量,蓝色虚线显示30°C的操作裕量表示常态化RMA率低于0.55。

传统的MTBF预测方法可以通过在MTBF计算中考虑用HALT裕度因素来改进。


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