HALT- und HASS-Testsysteme

Adressierung von Zuverlässigkeitsrisiken mit HALT und HASS

Manche Fehler treten bei Standardvalidierungen nicht zutage. Andere entstehen in der Produktion und werden erst nach der Bereitstellung sichtbar. Zu diesem Zeitpunkt sind die Untersuchung und die Behebung von Problemen bei der Zuverlässigkeit weitaus kostspieliger.

HALT- und HASS-Tests dienen dazu, diese Risiken frühzeitig aufzudecken, indem beschleunigte thermische, vibratorische und andere kontrollierte Belastungsbedingungen geschaffen werden. Diese führen dazu, 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 Belastungstests (HASS) kontrollierte Belastungsniveaus angewendet, die aus HALT-Tests abgeleitet wurden, um latente Fertigungsfehler zu erkennen, ohne einwandfreie Einheiten zu beschädigen.

HALT- und HASS-Tests 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 Belastungsprofilen

Wir gestalten HALT- und HASS-Profile auf der Grundlage von Temperaturstufen, Verweilzeiten, Anstiegsraten, Vibrationsstärken 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, Ereignisprotokollierung mit Zeitstempeln, 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.
Vorrichtungen, Schnittstellen und Systemintegration

Verkabelung, Befestitungsvorrichtungen, Kabelführung in der Kammer, Signalzugang und Anordnung der Messgeräte beeinflussen die Gültigkeit der Tests. Wir entwickeln die gesamte Schnittstelle so, dass der Prüfling (DUT – Device Under Test) belastet, mit Strom versorgt und überwacht werden kann, ohne dass die Wiederholbarkeit oder die Signalintegrität beeinträchtigt wird.
Wiederholbares Screening zum Überführen in die Produktion

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 sicherzustellen.
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 Kontext reproduziert, isoliert und untersucht werden können, der für die Entwicklung aussagekräftig ist.

Anwendungen für HALT- und HASS-Tests in unterschiedlichen 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, RF-Baugruppen und eingebettete Systeme müssen Temperaturschwankungen, Vibrationen, Druckschwankungen und einer langen Betriebsdauer 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 praktischen Einsatz aufzudecken.

Geräte mit hohen Stückzahlen wie Wearables, mobile Elektronik, Kameramodule, Displays und kompakte Leiterplatten erfordern eine schnelle Fehlererkennung hinsichtlich Lötstellenmängeln, instabiler Steckverbindungen, Bauteilabweichungen und frühzeitigen Ausfällen, 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 sicherstellen.

Steuergeräte (ECUs), Leistungselektronik, batteriebezogene Baugruppen, Fahrzeugkommunikation, Sensoren und Steuermodule werden einer Kombination aus thermischen, elektrischen und vibrationsbedingten Belastungen ausgesetzt, die Schwachstellen bei Bauteilen, Montagefehler und Grenzen der Lebensdauer aufdecken können.

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

Entwickeln einer Strategie auf Basis 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-Tests

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 Fehler deutlich werden, desto kürzer kann die erforderliche Screening-Zeit sein.

Bei HALT und HASS muss die angewendete 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 (Accelerated Life Testing) 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 wurden, unterstützen AST-Tests (Accelerated Stress Testing) die nächste Phase. Dazu werden gefertigte Einheiten gezielt belastet, um verdeckte Schwachstellen frühzeitig sichtbar zu machen. Das verkürzt den Weg von Erkenntnissen aus der Entwicklung bis hin zur Fertigungssteuerung. Gleichzeitig unterstützt es fundierte Proof-of-Screen-Entscheidungen. Diese basieren darauf, wie sich Fehler in der Anfangsausfallphase der Zuverlässigkeitskurve zeigen.

In der Produktion sind die Fehler, die durch HASS aufgedeckt werden, 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-E/A, Quellen- und Messgeräte, Schalttechnik, Datenerfassung und dedizierte Steuerungssoftware umfassen. Die Anzahl der Kanäle, elektrisches Rauschen, Bandbreite, Durchsatz sowie die gesamte Hardware-/Software-Architektur wirken sich direkt auf die Ergebnisqualität, Wiederholbarkeit und Aussagekraft 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 Korrekturen vorgenommen. Die Ergebnisse können auch als wiederverwendbares technisches Wissen erfasst werden, um künftige Konstruktionsentscheidungen zu unterstützen und zu vermeiden, dass die Probleme in anderen Projekten erneut auftreten.

„HALT und HASS bieten Elektronikherstellern eine smartere Möglichkeit, die Zuverlässigkeit ihrer Produkte sicherzustellen. Potenzielle Schwachstellen werden bereits vor der Validierung addressiert. So helfen unsere Systeme den Produktentwicklungsteams die Qualität zu verbessern, unerwartete Probleme zu vermeiden und die Markteinführungszeit zu verkürzen.“

Regis Sayer

Engineering Sales Director – CSA