引论
–与欧美厂商相比，国内的众多通信设备厂商和研究设计单位还处于弱势地位，技术水平和设计生产工艺水平水平滞后，产品的可靠性水平与国外产品相差较大，造成国内厂商的产品只能进入全球中低档的通信市场，并且为了维护企业品牌信誉建立了庞大的售后服务队伍，造成企业的营运成本居高不下，产品利润下降，公司获利率减退。全球的通信大厂在上世纪90年代初期针对产品可靠性问题造成的客户对公司产品信赖性低、客户退货率高及售后服务高成本的问题，展开广泛的研究。在90年代中期欧美各大通信大厂都形成了针对自己产品特性的，以HALT(Highly Accelerated Life Test)&HASS(Highly Accelerated Stress Screening)为基础的，提高产品可靠性的产品验证规范。
HALT & HASS
—HALT(Highly Accelerated Life Test)&HASS(Highly Accelerated Stress Screening)是由美国军方所延伸出的设计品质验证与制造品质验证的试验方法，现已成为美国通信、电子业界的标准产品验证方法，可将原来需要六个月至一年的新品可靠性试验，减少至仅需一周时间即可完成，且在这一周中所发现的问题几乎与客户应用后所发现的问题一致，故HALT&HASS试验已成为新产品上市前必需通过的考验。除美国厂商外，许多欧洲、东亚地区的国际大厂也都使用相同或近似的方法来提升产品品质，并达到产品上市即已为成熟产品的目标。
—因此Chroma(中茂)特别从HALT&HASS测试技术创始者及设备生产厂，美国QUALMARK引进了这种行之有效的、可提高产品可靠性的测试手段，并且在深圳建立了第一个HALT&HASS开放性试验室。
—HALT(Highly Accelerated Life Test高加速寿命试验)是一种使受测物承受不同的应力，进而发现设计极限以及潜在弱点的实验程式。进行HALT实验的主要目的是期望增加受测物的极限值，进而增加其强健度(Robust)及可靠度(Reliability)。HALT试验是利用阶梯应力方式加诸于产品，在早期发现产品缺陷、操作设计边际及结构强度极限的方法。其加诸于产品的应力有振动、高低温、温度循环、power cycling、电压边际及频率边际测试等。利用此测试可迅速找出产品设计及制造的缺陷、改善设计缺陷、增加产品可靠度并缩短上市时程，同时可建立设计能力、产品可靠度的基础资料及日后研发的重要依据。
—加速性应力测试(Accelerated stress testing)是用来侦测及修正任何现有的设计及制造上的缺陷，使产品更加强化。加速性应力实验第一部份为加速性寿命测试(HALT highly accelerated life test)，简言之，就是利用一连串个别及组合应力，诸如多轴向振动(multiaxis vibration)、温度循环(temperature cycling)及产品的power cycling，逐段增加测试环境强度，直到产品故障。
—HALT以连续的测试、分析、验证及改正达成整个程序，主要分析所有故障的根本原因，测试时间因加速应力而压缩，使产品提早成熟。
—HALT的主要功能如下。
● 利用高环境应力，发现产品的设计缺陷，改善后可延长产品早夭期(浴缸曲线后段延伸)。
● 了解产品的设计能力及失效模式。
● 作为高应力筛选及稽核规格制定的参考。
● 快速找出产品制程的瑕疵。
● 增加产品可靠度及减少维修成本。
● 建立产品设计能力资料库，以为研发依据并可缩短设计制造之时程。
Temperature Screening
—每一组件及次组件都有其温度特性，可由HALT来决定。例如，一个简单TTL数字逻辑电路的额定温度范围为0～70℃，但在-55～+125℃范围内也应该正确地操作。
—在额定范围外所产生的故障可指示出产品的边际设计、不良的元件，或是设计方法的问题，有些商用元件甚至在0～70℃的额定工作温度下也无法正常工作。 #p#分页标题#e#
—Temperature Cycling
—温度循环(Temperature cycling)可检测出一些产品上市后可能发生的故障，其中包括焊接不良、IC封装不良、印刷电路板制作过程的问题以及印刷电路板设计的问题。
Vibration
—振动测试一般是测产品的耐振程度，使之能承受运输及操作过程所产生的振动，而在PCB测试时可找出不良或是脆弱的焊接点，不良的接点因应力而故障，但焊接良好的接点不会受到影响。
—QualMark坚固的振动平台可产生2000Hz以上的高频振动能量。对于刺激小型的元件故障及使焊接接点快速疲乏方面，这种高频能量是非常有效且必需的，新的低频LF(Low Frequency)振动系统可大幅增加平台低频(<1000Hz)的振动能量，这种改变使得在刺激更大形、更大质量及更独立的产品产生故障方面更加有效。
—HALT应用于产品的研发阶段，以期发现产品可靠性的薄弱环节。其所施加的应力要远远高于产品在正常运输、贮藏、使用时的应力。HALT由以下组成。
● 逐步施加应力直到产品失效/故障。
● 采取临时措施，修正产品的失效/故障。
● 继续逐步施加应力直到产品再次失效/故障时，再次修正。
● 重复以上应力-失效-修正步骤。
● 找出产品的基本操作界限和基本破坏界限。
—HASS应用于产品的生产阶段，以确定所有在HALT中找到的改进措施已得到运用。HASS也用来确保由于生产工艺和元器件的改动不会使产品引入新的缺陷。
HASS包含如下内容。
● 进行预筛选(Precipitation Screen)以剔除可能发展为明显缺陷的隐性缺陷。
● 进行探测筛选(Detection Screen),找出明显缺陷。
● 故障分析。
● 改进措施。
—HASS所使用的应力界限来自于HALT。通常，预筛选所采用的应力介于产品的操作界限与破坏界限之间，而探测筛选所采用的应力介于产品的标称值与操作界限之间。
—找出那些极有可能沉淀在客户使用终端，并最终导致产品故障的潜在缺陷，HALT/HASS已被证明是非常有效的。因此，HALT/HASS能有效地增强产品的可靠性。
—HALT(加速寿命试验)共分为四个主要试程，即温度应力(temp step stress)、高速温度传导(rapid thermal transitions)、随机振动(random vibration)、温度及振动合并应力(combine environment of temperature and vibration)。在HALT试验中，可找到受测物在温度及振动应力下的可操作界限(operational limit)与破坏界限(destruct limit)。可操作界限的定义为当实验过程中发生的功能故障，在环境应力消除后即自动回复的应力临界点；而破坏界限则是功能故障在环境应力消除后依然存在的应力临界点，此实验所用设备为QualMark公司所设计的综合环境试验机(OVS Combined Stress System)。其规格为温度范围为 -100～+200℃，温度变化最大速率为60℃/min，最大加速度可到60Grms，而且振动机与温度箱合二为一的设计，可同时对待测物施加温度与振动应力，以下就四个试程分别说明。
(1) Temp Step Stress：此项试验分为低温及高温两个阶段应力，首先执行低温阶段应力(Low Temp Step Stress)，将待测物放于综合环境试验机(OVS Combined Stress System)中，将温度感应线接至欲记录的零件上，并调整风管使气流能均匀分布于机台上，依待测物的电气规格加满载，设定起始温度20℃，每阶段降温10℃，阶段温度稳定后维持10分钟，之后在阶段稳定温度下执行至少一次的power cycling及拉载测试，如一切正常则将温度再降10℃，并待温度稳定后维持10分钟再执行power cycling及拉载测试，依此类推直至发生功能故障时，则将温度回复至常温并稳定后，再执行power cycling及拉载测试，观察其功能是否恢复，以判断是否达到操作界限或破坏界限，如功能正常回复，则将故障前的低温值记录为可操作界限，同时再将温度逐段下降直至发现当回复常温仍然无法使功能自动恢复的低温，则此低温即为低温破坏界限。在完成低温应力试验后，即可依相同程序执行高温应力试验，即将综合环境应力试验机自 20℃开始，每阶段升温10℃，待温度稳定后维持10分钟，而后执行power cycling及拉载测试直到发现高温操作界限及高温破坏界限为止。 #p#分页标题#e#
(2) Rapid Thermal Transitions：此试验将先前在Temp Step Stress所得到的低温及高温操控界限为此处的高低温度界限，并以每分钟60℃的快速温度变化率在此区间内进行6个循环高低温度变化，在每个循环的最高温度及最低温度皆需停留10分钟，使温度稳定后再执行power cycling及拉载测试，如发现待测物发生可回复性故障，则将Thermal transition rate减少10℃/min，再执行transition cycle，直到6个循环皆无可回复性故障发生，则此Thermal transition rate即为此试验之operation limit，在此试验中不需寻找destruct limit。
(3) Random vibration：此试验是将G值自5G开始，且每阶段增加5G，并在每个阶段维持10分钟后，在振动持续的条件下执行power cycling及拉载测试，以判断其是否达到可操作界限或破坏界限。当G值达到30G时，在功能测试完成后，须将G值降至5G，再执行功能测试以观察是否有在高振动条件下遭到破坏，但却无法测得的隐含不良，而后更高G值的测试皆需以此模式进行，此种回复5G的测试称为Tickle vibration。
(4) Combined Environment of Temperature and Vibration：此试验将rapid thermal transition及random vibration合并同时进行，使加速老化的效果更显著。在HASS的实验中即是以combined environment的条件执行，方能在短时间内发现制造上的问题。此处使用先前的快速温变循环条件及温变率，并将随机振动自5G开始配合每个循环递增5G，且使每个循环的最高及最低温度持续10分钟，待温度稳定后执行power cycling及拉载测试，如此重复进行直至达到可操作界限及破坏界限为止。在以上四个试程中，受测物所产生的任何异常状态应加以记录，且应分析是否可藉由变更设计克服这些弱点，并加以修改后再进行下一步骤的测试，提高产品的可操作界限及破坏界限，从而达到提升可靠性的目的。加速老化寿命试验的环境条件与一般寿命试验模拟正常使用环境的实验理念并不相同，如Tektronix规定其temp step stress测试的温度上下限最大为+140℃和-100℃，温变率最高为 60℃/min，振动值最大为40G，并以此作为设计改良的目标。
—HASS试验应用目的是在极短的时间内发现量产成品是否有制程品质上的不良存在，分为HASS试验计划阶段(HASS Development)、计划验证阶段(Proof-of-Screen)、HASS执行阶段(Production HASS)。以下分别说明此三个阶段。
HASS Development
—HASS试验计划须参考HALT试验所得到的结果。一般均将combined environment中的高、低温度的可操作界限(operational limit)缩小20%，而振动条件则以破坏界限(destructional limit)G值的50%做为HASS试验计划的初始条件，而后再依据此条件开始执行combined environment test，并观察受测物是否有不良发生。如有不良发生，须先判断是因过大的环境应力造成，或受测物本身品质不良，属前者时应再放宽温度及振动应力10%，属后者时表示目前测试条件有效。如皆无不良情况发生，则必须再加严测试环境应力10%。
Proof-of-Screen
—在建立HASS Profile时应注意两个原则，第一为HASS Profile须能检测出可能造成设备故障的潜在不良；第二为经试验后，不致造成设备损坏或“内伤”。为了确保HASS Development所得到的结果符合上述二个原则，首先必须准备三个试品，并在每个试品上制作一些未依标准工法所制造或组装的缺失，如零件浮插、空焊及组装不当等。以HASS Development所得到的条件测试各试品，并观察各试品上的人造不良是否被检测出，以决定是否加严或放宽测试条件，而能使HASS Profile达到预期效果。
—在完成有效性测试后，应再把新的良品在调整过的条件测试30～50次，如皆未发生因应力不当而破坏的现象，此时即可判定HASS Profile通过Proof-of-Screen测试，并可做为Production HASS之用。反之则须再检讨，调整测试条件以求得最佳组合。 #p#分页标题#e#
Production HASS
—任何一个经过Proof-of-Screen考验的HASS Profile皆被视为快速有效的品质筛选利器，但仍须配合产品经客户使用后所回馈的异常再做适当的调整。另外，当设计变更时，亦应修改测试条件以符合所须。HALT&HASS之试验除了提供设计者及制造者对品质的信心，最重要的应是设计者及制造者对试验中所发生的问题皆能加以分析并设法改善。唯有如此才能达到品质提升的目的，否则仅为判定产品能力的工具而已。
—HALT&HASS试验在国外已经被许多知名企业广泛使用，如美国的ADVANCED ENERGY、Celestica、Vicor、MKS Instruments、POWERWAVE等，他们已经将HALT&HASS这项可靠性实验技术广泛地应用到产品的设计研发，直至产品的出货。目前国内已有如ASTEC、Belfuse、光宝、昀瑞、安圣电气等公司率先引进了HALT&HASS可靠性试验技术。
—Chroma(致茂电子)为了使HALT&HASS可靠性试验技术在国内电子业界得到充分认识及应用，已在其中国大陆之分支机构，中茂电子(深圳)设立了国内的第一家HALT&HASS开放性试验室。为国内电源界的各个研究机构和生产厂家提供了电源产品功能性测试服务相配合的HALT&HASS可靠性试验测试服务。
监控系统产生的背景
—随着通信事业及电信网路的飞速发展，对通信设备的维护管理提出了高质量的要求。传统方式的分散维护和监控方式浪费人力、物力，可靠性差，同时通信设备的高质量维护管理和维护人员的素质、数量之间的矛盾也日益突出。邮电部门为了减员增效，实现运维体制的改革，必须采取集中维护和管理。动力设备及环境集中监控系统正是在这样的背景下应运而生的，其目的是为了提高设备的维护管理质量，降低系统维护成本，提高整体的工作效率。
—全球通信产业的迅速发展带动了全球通信市场的高速增长，通信市场的扩大使用户对通信网路的依赖程度不断加强，如何提高通信网路运行质量已成为全球性的焦点问题。无论是对处于网路通信技术研发最前沿的通信设备制造商，还是正在建设和维护同样先进的通信网路的运营商来说，网路测试仪器和网路管理及运营维护系统无疑显得至关重要。为用户提供一个集成的、多功能、多技术、多层次的完整的测试解决方案已成为全球通信测试维护领域的共识。
通信测试仪表的发展及技术走向
—通信测试仪表作为尖端的高技术产品直接反映了一个国家的通信技术水平，世界通信强国都具有很强的通信测试仪表的研发能力和全球推广能力。据美国Frost&Sullivan市场研究公司的统计，目前全球通信测试仪器年销售额已达50亿美元，并正在以两位数的速度增长，其中移动通信、资料传输、无线传输及光纤网络测试产品增长最为迅速。
—通信测试仪器产品的特点是种类繁多、制式不同、专业性强、技术含量高，市场前景非常广阔，竞争也异常激烈，而通信和电脑融合的趋势也促使传统测试仪器采用开放式结构设计，并向数字化、网络化和模块化方向发展。目前全球主要的移动通信信令网测试产品有GSM-GPRS/WCDMA、CDMA/CDMA2000、UMTS测试设备等；资料网络协定测试产品有VoIP测试仪、MPLS测试仪、软交换测试仪、资料网络协议分析仪等；传输测试产品有ATM/SDH/POS测试设备、DWDM测试设备、电缆测试仪、光纤测试仪等，反映出通信仪表产业分工越来越细化的趋势。
作者/演讲人简介
龚翔(1971-)，男，毕业于西北工业大学，在测试领域已有6年的工作经验，现任中茂电子(深圳)有限公司市场开发部经理。
公司简介
中茂电子是研发、生产和销售电源、视频、无源组件及电子安规领域测试仪器及系统的专业公司，不仅可提供3C相关产品研发、品保及生产线自动化测试所需的仪器，更可为用户建构开放的自动测试系统，提供完整的测试解决方案，让用户能充分满足未来多样化的需求。
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