1. Accelerate QualMark Corporation the Future®
QualMark Corporation
Accelerate
the
Future®
HALT 제품의 연구 개발 단계에서의 신뢰성 확보를 위하여 적용 HASS 생산 공정의 품질 확보와 Monitoring 을 위하여 적용
Eric Gerlach Managing Engineer,
QualMark Huntington Beach ARTC
남일 이엔브이

2. HALT - Highly Accelerated Life Test
HALT - Highly Accelerated Life Test
빠른 제품 개발과 공정 결함 발견.
Design margins 의 평가 및 개선.
시장 여건에 맞는 완벽한 신제품 출하.
개발 시간 및 비용 절감 가능.
신제품 시장 출하 전 디자인 문제점 해결 및 품질 불량 최소화.
생산품의 개발 경비 절감 및 평가
개발 단계의 HALT는 합부 판정을 위한 시험 이 아닌 연구 개발 부서의 디자인 Tool 입니다.
따라서 기존에 정해진 규격에 따른 품질 시험이 아니고 개발품의 조건에 맞는 새로운 시험 규격을 개발 하는 것 입니다.

3. Developmental HALT Process
Developmental HALT Process
STEP 1: 시작 전 준비
개발 품목 협의 를 위한 디자인 부서 와 유관 부서 의 회의.
적용할 스트레스의 결정.
적용할 HALT 샘플 수.
HALT 중 수행할 기능 시험 .
분석 기록할 Parameter 확정.
불량 구성 요소의 정의.
시험 계획의 수립
It is essential that the product being tested be fully exercised and monitored throughout HALT for problem detection.

4. Developmental HALT Process
Developmental HALT Process
STEP 2: Developmental HALT Service
시험 준비 및 Setup
Product에 에너지 전달을 효율적으로 하기위한 진동 fixture 디자인 (electro dynamic vibration fixtures와 는 다른 적용).
Product에 열 전달을 최대한 효율적으로 하기위한 air ducting 디자인
Product 조건에 맞는 Chamber 튜닝
Product에 thermocouples를 측정 포인트 에 적용
기능 시험에 필요한 모든 Cabling

5. Developmental HALT Process
Developmental HALT Process
STEP 2: (cont.)
Step Stress 접근 방법 활용 . . .
Continue until operating & destruct limits
of UUT are found or until test equipment
limits are reached.
Stimuli
Time (hour:minute) D C B A
0:00
0:10
0:20
0:30

6. Developmental HALT Process
STEP 2: (cont.) Margin 발견 방법
Lower
Destruct
Limit
Destruct Margin
Lower
Operating
Limit
Margin
Upper
Operating
Limit
Margin
Upper
Destruct
Limit
Destruct Margin
Product
Specs
Stress

7. Developmental HALT Process
Developmental HALT Process
STEP 2: (cont.)
Thermal Step Stress
먼저 cold step stress 그리고 hot step stress 수행.
Step (10 °C 확대) 수행, “limits”에 도달하면 5 °C 감소. 적용 시간 : 최소 10 minutes + Product functional tests 수행시간 .
기본적인 기술적 한계에 다다를 때까지 계속하여 지속 시험.
(If circuits have thermal safeties, ensure operation & then defeat to determine actual operating & destruct limits.)
스텝 적용 중 product stresses 병행 인가 의 예:
Power Supplies: Power cycling during cold step stress.
Input voltage variation. Load variations.
Frequency variation of clocks

8. Developmental HALT Process
Developmental HALT Process
STEP 2: (cont.)
Fast Thermal Transitions
챔버 최대 온도 변화 의 Transition temperature 적용.
Thermal step stress 에서 찾은 operating limits 보다 5° 적게 temperature range 를 적용.
만약 product 가 초기 maximum thermal transitions 에 견디지 못하면 , transition rate 를 10 °C per minute 씩 줄여 operating limit 를 찾음.
본 series of transitions 을 최소한 10 minutes 적용 (혹은 functional tests 수행 시간은 추가 적용 하여 수행).
추가 product stresses 를 적용 가능.

9. Developmental HALT Process
Developmental HALT Process
STEP 2: (cont.)
Vibration Step Stress
Product 의 vibration response 이해 (i.e. vibration input 증가에 따른 Product respond 의 고찰).
Grms increments 정의 (일반적으로 3-5 Grms 증가).
적용 시간 : 최소 10 minutes + Product functional tests 수행시간 .
기본적인 기술적 한계에 다다를 때까지 계속하여 지속 시험.
스텝 적용 중 product stresses 병행 인가.

10. Developmental HALT Process
Developmental HALT Process
STEP 2: (cont.)
Power Spectral Density (measured on product on OVS-2.5HP)
Marker Fcn
[Band Pwr]
Trace: D
Strt: 0 Hz
Sop: 3 kHz
Date: Time: 09:46:00 AM A:
ROBOT BD
X: Hz
Y: m*
100
32Hz
12.8kHz
AVG: 20
X: Hz
Y: m*
Band:5.468 grms
Y* = grms^2/Hz m*
LogMag
Y-AXIS 10 u* B:
ROBOT ARM
100
Band:9.842 grms
X: Hz
Y: u*
32Hz
12.8kHz
AVG: 20
Y: m*
Y* = grms^2/Hz m*
LogMag
Z-AXIS 1 u*
Band:4.488 grms C:
R MOTOR 1
Band:6.548 grms
Y* = grms^2/Hz *
X-AXIS
LogMag
100 n* D:
TABLE 1
Y* = grms^2/Hz *
Z-AXIS
LogMag 10 u*
32Hz
AVG: 20
12.8kHz

11. Developmental HALT Process
Developmental HALT Process
STEP 2: (cont.)
Combined Environment
Thermal operating limits 를 적용하여 thermal profile 을 개발, dwell times 과 transitions rates 는 thermal step stress & fast thermal transitions 와 동일하게 적용.
Power cycling 과 같은 추가적인 product stresses 를 profile 에 추가 적용.
초기 profile 수행중 , vibration step stress 와 같이 약 5 Grms constant vibration level Step 을 적용하여 수행 .
higher Grms levels (approx. 20 Grms) 에 도달한 경우 tickle vibration (approx. 5 Grms) 을 적용 (To determine if failures were precipitated at high G level but only detectable at lower G level.)

12. Failure Percentage by Stress Type
Combination of Vibration
and Rapid Temperature
Transitions
20%
Cold Step Stress
14%
Vibration Step Stress
45%
Hot Step Stress
17%
Rapid Temperature
Transitions 4%

13. Developmental HALT Process
Developmental HALT Process
STEP 3: Post Testing
모든 발생 불량의 중요 요인 root cause 를 정의
개발된 HALT 의 결과 와 발생 불량의 중요 요인을 파악하기 위한 design engineers 와 협의.
품질 수정에 관한 방법 정의
수정된 품질에 대한 확인 과 새로운 문제점 발견을 위한 HALT 확인 시험.
Engineering changes 이 있을 경우 이를 확인 하기 위산 주기적인 평가 HALT 시험 .

14. Traditional vs. HALT Engineering Needs
Traditional vs. HALT Engineering Needs
Product Development Manpower Requirements
Spending
Rate
DVT
DVTn, MR
Time 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
$ Savings

15.
HALT vs. Traditional Testing (Information from United Technologies Presentation by Ronald Horrell, Chief of Reliability)
HALT
“Test, Repair, & Test”
Gathers info. on Product Limitations
Focus on Design Weakness & Failures
6 DoF Vibration
High Thermal Rate of Change
Loosely Defined - Modified “On the Fly”
Not a “Pass/Fail” Test
Results used as basis for HASS or ESS
Traditional Testing
“Test, Analyze, & Fix”
Simulates a “Lifetime” of use
Focus on Finding Failures.
Single Axis Vibration
Moderate Thermal Rate of Change
Narrowly Defined - Rigidly Followed
“Pass/Fail” Test
Engineering Judgment used on CA - CA Implemented for ALL Deficiencies
Usually found too late to be implemented economically.
Results typically not used in ESS

16. Comparison of Cost/Schedule
HALT vs. Traditional Testing (Information from United Technologies Presentation by Ronald Horrell, Chief of Reliability)
Comparison of Cost/Schedule
Product #1 - HALT
Test $80,000
Three test specimens
One integrated test chamber
No vibe fixture
5 days to complete
Product #2 - Traditional
Test facility > $650,000
Two test specimens
2 thermal chambers, 2 vibe tables
Two vibe fixtures
7 months to complete
결론:
HALT는 빠르게 시장 사항에 접근 가능(test time이 적음), Engineering costs 절감, 그리고 traditional testing methodologies 보다 효과가 실제적이고 경제적임 .

17. HASS - Highly Accelerated Stress Screen
HASS - Highly Accelerated Stress Screen
디자인과 생산 기법의 변화 감지 와 수정.
생산 시간 과 비용 절감.
품질과 field reliability 의 증가.
Field service 와 warranty 비용 감소.
제품 소개 단계의 infant mortality rate 의 감소
HASS is not a test, it’s a process. Each product has its own process.

18. HASS Screen Diagram Stress Precipitation Screen Lower Operating Limit
Product
Specs
Destruct
Upper
Precipitation Screen
Detection
Screen
ESS

19. HASS Process 계발 단계에서의 준비 (involve mfg.)
HASS Process
계발 단계에서의 준비 (involve mfg.)
HASS development
HALT 결과 리뷰 (RCA on all failures completed)
생산시 필요 사항 점검 및 Fixture 디자인.
초기 screen 개발& production fixture 제작(thermal/vibe)
Screen 적합 확인 시험
Production HASS
product의 품질 및 수명 결과 Monitoring 그리고 필요한 경우 screen 의 수정
It is essential that the product being tested be fully exercised and monitored for problem detection.

20. The Ideal HASS Thermal Profile
The Ideal HASS Thermal Profile t
LOL
UOL
LDL
UDL
Fast Rate Thermal
Slow Rate Thermal S P E C
It is highly recommended to combine six-axis
vibration, tickle vibration, power cycling,
other stresses with thermal. Powered on
monitoring is essential.
Make dwells long enough to execute diagnostic suite. Execute diagnostics during entire profile.
When comparing the operating costs, one needs to include all relevant issues. A compressor based system is optimized for cost and not defect detection while the LN2 system is capable of very fast temperature change rates i.e., quick screens.

21. HASS Results 불량 Type 의 예 납땜성 불량 Socket 불량 Component 불량 IC leads 의 훼손
HASS Results
불량 Type 의 예
납땜성 불량
Socket 불량
Component 불량
IC leads 의 훼손
잘못된 부품 삽입
잘못된 부품 위치
시험 fixture와 program errors
PCBAs went through ATE and functional testing at our supplier’s facility. PCBAs were delivered to Array Technology and went through HASS. We saw yields from 90% down to 17%.

22. Summary of Customers at QualMark’s Santa Clara ARTC
Summary of Customers at QualMark’s Santa Clara ARTC
By Mike Silverman
Manager of Santa Clara ARTC

23. Summary of Customers
Distribution of Companies by Industry

24. Summary of Customers
Distribution of Products by Environment Type

25. Summary of Customers
HALT Limits by Attribute

26. Summary of Customers
HALT Limits by Environment

27. Summary of Customers
HALT Limits by Product Application

28. Failure Percentage by Stress Type
Combination of Vibration
and Rapid Temperature
Transitions
20%
Cold Step Stress
14%
Vibration Step Stress
45%
Hot Step Stress
17%
Rapid Temperature
Transitions 4%

29. Failure Details
Vibration Step Stress Failures