HALT- und HASS-Prüfsysteme

Bewältigung von Zuverlässigkeitsrisiken mit HALT und HASS

Manche Fehler treten bei der Standardvalidierung nicht zutage. Andere entstehen in der Produktion und werden erst nach der Bereitstellung sichtbar – zu einem Zeitpunkt, an dem die Untersuchung und Behebung von Zuverlässigkeitsproblemen weitaus kostspieliger ist.

HALT- und HASS-Tests dienen dazu, diese Risiken frühzeitig aufzudecken, indem beschleunigte thermische, vibratorische und andere kontrollierte Belastungsbedingungen geschaffen werden, die dazu führen, dass Fehler schneller auftreten, als dies im normalen Gebrauch der Fall wäre. In der Entwicklungsphase helfen stark beschleunigte Lebensdauertests (HALT), Schwachstellen und Ausfallmechanismen mit nur einer geringen Anzahl von Einheiten über einen kurzen Testzeitraum hinweg zu identifizieren. In der Produktion werden bei stark beschleunigten Belastungsprüfungen (HASS) kontrollierte Belastungsniveaus angewendet, die aus HALT-Tests abgeleitet wurden, um latente Fertigungsfehler zu erkennen, ohne einwandfreie Einheiten zu beschädigen.

HALT- und HASS-Prüfungen mit Averna

Bei Averna werden HALT und HASS als strukturierte technische Methoden betrachtet, die verwertbare Daten und reproduzierbare Ergebnisse liefern müssen, um sowohl den Entwicklungs- als auch den Fertigungsteams klare Entscheidungsgrundlagen zu bieten.

Entwicklung von Spannungsprofilen

Wir gestalten HALT- und HASS-Profile auf der Grundlage von Temperaturstufen, Verweilzeiten, Anstiegsgeschwindigkeiten, Schwingungsstärken und kombinierten Belastungsbedingungen, die der Produktarchitektur und den technischen Zielen entsprechen.
Funktionsüberwachung unter Belastung

Die Produkte werden während des Betriebs beobachtet, nicht nur vor und nach der Belastung. Wir setzen Echtzeit-Datenerfassung, zeitgestempelte Ereignisprotokollierung und die Korrelation zwischen der ausgeübten Belastung und der Reaktion des Produkts ein. So können Teams Fehlerereignisse präzise mit den tatsächlichen Testbedingungen in Verbindung bringen.
Vorrichtung, Schnittstelle und Systemintegration

Verkabelung, Befestigung, Kabelführung in der Kammer, Signalzugang und Anordnung der Messgeräte beeinflussen die Gültigkeit der Tests. Wir entwickeln die gesamte Schnittstelle so, dass das zu testende Gerät (DUT) belastet, mit Strom versorgt und überwacht werden kann, ohne dass die Wiederholbarkeit oder die Signalintegrität beeinträchtigt wird.
Wiederholbares Screening für die Produktionsüberführung

Für HASS muss ein gültiger Screening-Prozess auch in der Fertigung umsetzbar sein. Wir entwickeln die Automatisierung, die Steuerungslogik und die Ausführungsmethode, die erforderlich sind, um ein einheitliches Screening und eine zuverlässige Fehlererkennung im Produktionsmaßstab zu gewährleisten.
Fehlerreproduktion und technische Untersuchung

HALT und HASS sind nur dann von Nutzen, wenn das beobachtete Verhalten auf tatsächliche Schwachstellen im Design oder im Prozess zurückgeführt werden kann. Wir richten die Testumgebung so ein, dass Fehlerzustände in einem für die Entwicklung aussagekräftigen Kontext reproduziert, isoliert und untersucht werden können.

Anwendungen für hochbeschleunigte Lebensdauertests und Belastungsprüfungen in verschiedenen Branchen

HALT und HASS finden breite Anwendung in Branchen, in denen die Produktzuverlässigkeit und die Lebensdauerleistung nicht allein auf Standardvalidierungen beruhen können.

Avionik, Flugsteuerungselektronik, Leistungsmodule, Steckverbinder, HF-Baugruppen und eingebettete Systeme müssen Temperaturwechseln, Vibrationen, Druckschwankungen und einer langen Lebensdauer standhalten, ohne dass es zu Abweichungen, sporadischen Fehlern oder vorzeitigem Verschleiß kommt.

Für missionskritische Elektronik, robuste Baugruppen, Kommunikationshardware, Leit- und Steuerungssubsysteme sowie Stromversorgungsarchitekturen sind HALT- und HASS-Tests erforderlich, um versteckte Konstruktionsschwächen, Verarbeitungsfehler und Zuverlässigkeitsrisiken vor dem Einsatz im Feld aufzudecken.

Geräte mit hohen Stückzahlen wie Wearables, mobile Elektronik, Kameramodule, Displays und kompakte Leiterplatten erfordern eine schnelle Fehlererkennung hinsichtlich Lötstellenmängeln, instabiler Steckverbindungen, Bauteilabweichungen und Frühausfällen, ohne dabei den Produktionsdurchsatz zu beeinträchtigen.

Diagnosegeräte, Überwachungssysteme, tragbare Geräte, Bildgebungssubsysteme und eingebettete medizinische Elektronik müssen unter thermischen und mechanischen Belastungen funktionsstabil bleiben und gleichzeitig die Integrität der Geräte, die Rückverfolgbarkeit sowie die Konsistenz in der Fertigung gewährleisten.

Steuergeräte, Leistungselektronik, batteriebezogene Baugruppen, Fahrzeugkommunikation, Sensoren und Regelmodule sind einer Kombination aus thermischen, elektrischen und vibrationsbedingten Belastungen ausgesetzt, die Schwachstellen bei Bauteilen, Montagefehler und Grenzen der Lebensdauer aufdecken können.

Schaltnetzteile, DC/DC-Wandler, HF-Pfade, Telekommunikationsplatinen, Netzwerkschnittstellen und Hochverfügbarkeitshardware sind ständiger thermischer Belastung, elektrischen Störungen und dem Druck zur Aufrechterhaltung der Betriebsbereitschaft ausgesetzt, weshalb eine frühzeitige Fehlererkennung und langfristige Stabilität unerlässlich sind.

Entwickeln Sie eine Strategie auf der Grundlage des tatsächlichen Produktverhaltens

Ein nützliches HALT- oder HASS-Programm zeichnet sich nicht allein durch die Belastung aus. Es zeichnet sich vielmehr durch die Qualität der Messtechnik, die Logik des Profils und die technischen Entscheidungen aus, die es ermöglicht. Averna unterstützt Teams dabei, Teststrategien zu entwickeln, die technisch fundiert und in der Praxis anwendbar sind.

Besprechen Sie Ihre Testanforderungen

Grundlegende Prinzipien der HALT-/HASS-Prüfung

Wie bereits erläutert, dienen HALT und HASS nicht demselben Zweck. Dieser Ansatz stützt sich auf das Konzept des „Proof-of-Screen“, das sicherstellt, dass die aus HALT abgeleiteten HASS-Grenzwerte Fertigungsfehler wirksam erkennen, ohne konforme Einheiten zu beschädigen. Er steht in direktem Zusammenhang mit dem Bereich der „Anfälligkeitsphase“ in der Zuverlässigkeitskurve: Je früher Ausfälle auftreten, desto kürzer kann die erforderliche Screening-Zeit sein.

Bei HALT und HASS muss die aufgebrachte Belastung nicht genau den Auslösefaktor im realen Einsatz nachbilden, um eine Schwachstelle aufzudecken; sie muss lediglich denselben zugrunde liegenden Defektmechanismus schneller auslösen.

Beschleunigte Lebensdauerprüfung (ALT)

ALT wird in einer frühen Entwicklungsphase eingesetzt, um Konstruktionsschwächen unter Belastungen aufzudecken, die weit über den normalen Einsatzbedingungen liegen. HALT ersetzt weder Modellierungs- noch Qualifizierungsarbeiten; es deckt jedoch Wechselwirkungen zwischen Schwachstellen und Ausfallmodi auf, die rein analytisch oft schwer vorherzusagen sind.

Bei Averna basiert diese Phase auf dem TAAF-Zyklus (Test, Analyze and Fix), bei dem Fehler gezielt ausgelöst, analysiert, behoben und erneut getestet werden, um die tatsächlichen Grenzen des Prüflings aufzudecken und die Designreife vor der Freigabe zu verbessern.

Beschleunigte Belastungsprüfung (AST)

Sobald die konstruktiven Grenzen besser verstanden sind, unterstützt das beschleunigte Stress-Testing die nächste Phase, indem kontrollierte Belastungen auf die gebauten Einheiten ausgeübt werden, um versteckte Fehler bereits in einer frühen Phase des Prozesses aufzudecken. Dies trägt dazu bei, den Weg zwischen den Erkenntnissen aus der Entwicklung und der Fertigungskontrolle zu verkürzen, und unterstützt gleichzeitig Entscheidungen hinsichtlich der Siebprüfung, die darauf basieren, wie sich Fehler im Bereich der „Kindersterblichkeit“ der Zuverlässigkeitskurve zeigen.

In der Produktion sind die durch HASS aufgedeckten Fehler nicht immer offensichtliche Konstruktionsprobleme. Sie können auf Lieferantenwechsel, Abweichungen bei der Montage, Fehler beim Laden der Firmware, Delaminierung der Leiterplatte oder andere Prozessabweichungen zurückzuführen sein, die im Voraus nur schwer vorhersehbar sind.

Klimakammern und typische HALT/HASS-Anlagen

HALT/HASS-Anlagen umfassen in der Regel weit mehr als nur die Klimakammer selbst. Eine vollständige Konfiguration kann Halterungen, Signal-I/O, Erzeugungs- und Messgeräte, Schalttechnik, Datenerfassung und spezielle Steuerungssoftware umfassen. Die Anzahl der Kanäle, elektrisches Rauschen, Bandbreite, Durchsatz sowie die gesamte Hardware-/Software-Architektur wirken sich direkt auf die Ergebnisqualität, Wiederholbarkeit und Interpretierbarkeit der Tests aus. Bei richtiger Instrumentierung des Prüflings kann HALT nicht nur hardwarebezogene Ausfallmodi aufdecken, sondern auch Fehlerzustände der eingebetteten Firmware unter Umweltbelastung.

Die Ergebnisse werden nicht nur analysiert und korrigiert, sondern können auch als wiederverwendbares technisches Wissen erfasst werden, um künftige Konstruktionsentscheidungen zu unterstützen und eine Wiederholung in anderen Projekten zu vermeiden.

„HALT und HASS bieten Elektronikherstellern eine intelligentere Möglichkeit, die Zuverlässigkeit ihrer Produkte zu gewährleisten. Indem potenzielle Schwachstellen bereits vor der Validierung behoben werden, helfen unsere Systeme den Produktentwicklungsteams, die Qualität zu verbessern, unerwartete Probleme zu vermeiden und die Markteinführungszeit zu verkürzen.“

Regis Sayer

Vertriebsleiter Technik – CSA