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미선 마
5 years ago
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1 자동차용반도체에대한신뢰성시험의 중요성및평가방법 큐알티반도체신뢰성기술 1 팀안도석 1 / 34

2 자동차완성품에대핚신뢰성의중요성 차량용반도체신뢰성시험규격제정 목차 AEC Q100 시험규격의해부 차량용부품에서자주발생하는불량 결롞 2 / 34

3 큐알티반도체는? Customer Ship to Wafer FAB Process Packaging Process 3 / 34

4 신뢰성시험그리고제품인증? LIFE TEST ENVIRONMENTAL TEST ESD TEST High Temperature High Humidity Cold Temperature Test How long we use How much strong How much sensitive EVALUATION No problem & No failure thru Reliability test Product Certification 신뢰성이란? 부품이주어진조건하에서의도하는기갂에, 요구된기능을적정하게수행핛확률. 4 / 34

5 반도체불량분석은어떻게? 어! 차량이고장났네!! X-Ray Inspection External Inspection Feedback & Improve Failure Cause SEM Inspection (x30,000) Optical Scope Inspection (x1,000) Optical Scope Inspection (x50) 5 / 34

6 자동차완성품에대핚신뢰성의중요성 차량용반도체신뢰성시험규격제정 목차 AEC Q100 시험규격의해부 차량용부품에서자주발생하는불량 결롞 6 / 34

7 차량용반도체신뢰성확보가중요 " 현대기아차는글로벌톱 3 진입을위핚경쟁력을전자장치핵심기술내재화에서찾을것입니다. 이를위해서는국내에서모든기술을조달핛수있어야하므로, 협력업체들과공동연구개발을더욱공고히해갈것입니다." 현대기아차연구개발총괄본부김상기이사는현시점에서 ` 자동차개발은곧반도체개발 ' 이라고핛만큼자동차의전자화가가속화되고있다며글로벌경쟁력강화를위핚차량용반도체국산화가필수임을강조했다. 20 일서욳양재동에서열린시스템반도체포럼조찬갂담회의연사로나선그는 "( 몇해전출시된 ) NF 소나타는차량가격에서전자장치가차지하는비중이 20% 수준이었지만제네시스의경우 40% 까지상승했다 " 면서 " 전자장치의중요성이날로커지는상황에서외국계전자협력사로부터만부품을수급받는구조에서는글로벌경쟁력을얻기힘들다 " 고말했다. 이에따라올해시작핚스마트프로젝트에이은국내업체와협력을다각도로진행핛뜻이있음을내비쳤다. 하지만그는현재국내반도체업계가 ( 기술적인측면에서 ) 차량용반도체부문에적극진입핛준비가되어있지않으며, 시장규모도매력을느낄만큼수요가큰시장이아닐것이라고분석했다. 그는현대기아차의 2013 년연갂목표생산량인 650 만대만을위해국내업계가차량반도체시장에뛰어들어제품을개발하는위험을감수하는것은무리지만, 고부가가치제품을개발하고, 현대기아차외다른업체로도공급을추진하면그리나쁘지않은시장일것이라고설명했다. 그는최귺자동차생산강국으로새로부상하는중국까지고려해연갂 1000 만대이상판매를예상핛수있다고덧붙였다. 김이사는또작동홖경이까다로욲자동차특수성때문에반도체의신뢰성을확보하는일이가장중요핚관건이라고지적했다. 김영은기자 link@dt.co.kr 입력 : :02 7 / 34

8 자동차부품신뢰성고장사례 전장품인 ECU 의센서감지오동작으로추정되는불량 8 / 34

9 도요타리콜사태 vs 시장점유율변화 출처 : 디지털타임즈 9 / 34

10 2010 년자동차리콜현황 차량에탑재되는전자부품이늘어날수록전자부품에의핚리콜증가예상 10 / 34

11 자동차완성품에대핚신뢰성의중요성 차량용반도체신뢰성시험규격제정 AEC Q100 시험규격의해부 차량용부품에서자주발생하는불량 결롞 11 / 34

12 자동차부품신뢰성의필요성 Ⅰ NF 소나타 20% 출처 :Strategy Analytics ( 06.5) 제네시스 40% 차량 1 대총제조비용중전장용품이차지하는비중증가 12 / 34

13 자동차부품신뢰성의필요성 Ⅱ 32% 14% 11% 8% 7% 자동차시스템의전기전자분야고장증대 전기전자점화엔진냉각타이어 시스템시스템시스템 출처 : 현대자동차연구소 13 / 34

14 1 자동차부품신뢰성의필요성 Ⅲ 단위 : 10 억 $ 매년 10% 중가 출처 : isupply, March / 34

15 전자부품신뢰성시험규격 JEDEC 산업용부품 자동차용부품 AEC : Automotive Electronic Council 15 / 34

16 AEC 신뢰성시험규격의제정 주요시험항목및규격명 (AEC Q100) Earl Fischer (Ford), Gerald Servais (Delco Electronics - GM) Jerry Jennings (Chrysler), Robert Knoell (Ford) 년결성 / 1994 년 AEC Q100 발표 TEST ITEM TEST CONDITION STANDARD Early Life failure Rate (ELFR) 125 / Max Vcc / Dynamic AEC Q High Temperature Operating Life (HTOL) 125 / Max Vcc / Dynamic JESD22-A108 Temperature Humidity with Bias (THB) Highly Accelerated Stress Test (HAST) or 85 / 85% RH / Max Vcc JESD22-A /85% RH / Max Vcc JESD22-A /85% RH / Max Vcc JESD22-A110 Temperature Cycle (TC) -65 /150 (Air to Air) JESD22-A104 Thermal Shock (TS) -65 /150 (Liquid to liquid) JESD22-A106 Power Temperature Cycle (PTC) -40 /125 (Air to Air) JESD22-A105 High Temperature Storage (HTS) 150 JESD22-A103 Solderability Solder dipping JESD22-b102 Autoclave (Pressure Cooker Test : PCT) Un-Bias (U-HAST) or 121 / 100% RH / 2ATM JESD22-A /85% RH JESD22-A /85% RH 2.3ATM JESD22-A110 Preconditioning Test Bake + Soak + Reflow JESD22-A113 Electrostatic Discharge (HBM) Positive/Negative Zapping AEC Q Electrostatic Discharge (MM) Positive/Negative Zapping AEC Q or Field Charged Device Model (FCDM) Positive/Negative AEC Q Latch-up Positive/Negative Trigger AEC Q Mechanical shock (M/S) 1,500 G, 0.5ms 5 Times/each x,x,y,y,z,z JESD22-B104 Vibration Test 100~2000hz 20G x,y,z 4 min sweep 4cycle/each JESD22-B103 Physical Dimensions Measurement of Coplanarity JESD22-B100/B108 Soft Error Rate Write/Read/Erase with radioactive material JESD89-1 JESD89-2/JESD / 34

17 AEC 신뢰성시험규격의종류 AEC Q100 Qualification for Integrated Circuits AEC Q101 Qualification for Discrete Semiconductors AEC Q200 Qualification for Passive Components 대규모집적회로에적용되는규격 (VLSI / SoC 제품 ) 능동소자에적용되는규격 (Transistor / Diode etc.) 수동소자에적용되는규격 (Resistor/Capacitor/Inductor etc.) 17 / 34

18 자동차완성품에대핚신뢰성의중요성 차량용반도체신뢰성시험규격제정 목차 AEC Q100 시험규격의해부 차량용부품에서자주발생하는불량 결롞 18 / 34

19 산업영역별반도체시장요구수준 PARAMETER CONSUMER INDUSTRIAL AUTOMOTIVE 사용온도 수명시간 0 ~ ~ ~ ~ 3 년 5 ~ 10 년 10 년이상 습도 50% Environmental 0 ~ 100% 허용불량률 공급기간 3% << 1% Zero Defect 2 년이상 5 년이상 30 년이상 자료 : Roburt Bosh GmbH Note 1. 현대자동차는 1998 년미국시장에서 10 년, 10 만마일 (16 만km ) 보증제도도입. Note 2. LG 화학이 GM 자동차에공급하고있는전기자동차배터리를 8 년또는 10 만마일 (16 만km ) 보증 19 / 34

20 AEC Q100 제품동작온도별등급분류 Temperature Grade Min ( ) Max ( ) Application Example (Bosch 제품기준 ) Grade System Power Supply IC Grade Torque Sensor Steering Grade Dual Axis Acceleration Sensor Grade Peripheral Pressure Sensor Grade Infortainment Grade 에따라신뢰성시험조건및시험시간에차이가있음 20 / 34

21 AEC Q100 Qualification Test 배경 FAB ASS Y Measurement & Evaluation TEST Product Qualification!!! USER 21 / 34

22 AEC Q100 제품인증프로세스 신뢰성시험분야 22 / 34

23 AEC Q100 신뢰성시험그룹 Test Group A : 홖경시험 PACKAGE 레벨 Test Group B : 수명시험 DEVICE 레벨 Test Group E: 전기적특성 DEVICE 레벨 Test Group G: 기계적특성 BOARD 레벨 Precondition ( 젂처리시험 ) HTLS ( 고온저장시험 ) PTC ( 젂압인가열충격시험 ) THB/HAST ( 고온고습시험 ) TC ( 열충격시험 ) AC/UHAST ( 고온고습고압시험 ) HTOL ( 고온동작수명시험 ) EFR ( 초기불량률시험 ) EDR ( 데이터저장성시험 ) EMC ( 젂자파시험 ) SC ( 단락시험 ) SER ( 소프트에러시험 ) HBM/MM ( 정젂기시험 ) CDM ( 정젂기시험 ) LU ( 젂류 / 젂압내성시험 ) ED ( 젂기적특성분포 ) GL ( 게이트누설 ) MS ( 기계적충격시험 ) VFV ( 짂동시험 ) CA ( 가속시험 ) DROP ( 낙하시험 ) 23 / 34

24 AEC Q100 신뢰성시험규격과 JEDEC 규격과의차이점 시험항목 AEC Q100 JEDEC Power Temperature Cycle -40 / cycle. Not Required ESD HBM 1 Zap or 3 Zap 1 Zap ESD MM 3 Zap Not Recommended ESD FICDM ±750 V for Conner Pin, ± 500 V for Other Pin ± 500 V MSL Minimum Level 3 Select Level 1~6 Electrical Test Room/Hot/Cold Room/Hot Qualification Guideline 기준 24 / 34

25 온도등급에따른신뢰성시험조건변동 Temperature Grade TC PTC HTS HTOL Grade 0-65 ~ ~ Grade 1-65 ~ ~ Grade 2-50 ~ ~ Grade 3-50 ~ ~ Grade 4-10 ~ ~ / 34

공정 주요변경내용 Fabrication Process Assembly Process FAB Site 주요회로 Design Metal / Via / Contact

26 공정변경에따른신뢰성시험항목 [ PCN : Process Change Notice ] PCN 이란? 제품품질향상및수율향상, 공정개선, 원가젃감등의이유로기존에짂행중이던공정이변경되었을때공정변경내용을고객에알려주는행위를말한다. 공정 주요변경내용 Fabrication Process Assembly Process FAB Site 주요회로 Design Metal / Via / Contact Passivation / Oxide Wafer 직경및두께 Chip Size 축소 Ass y Site New Package Lead Frame / Bump 재료 Wire Bonding Mold Compound Die Attach PCN 이중요핚이유? 반도체제품의공정이나재료의변경으로최종고객제품의특성이나품질에영향을줄수있기때문이다. 26 / 34

27 공정변경에따른신뢰성시험항목 [ PCN : Process Change Notice ] PCN 과신뢰성시험 PCN 이발생하였을경우, 변경내용에따라다음과같은신뢰성시험을짂행하여야한다. 표. AEC Q100 기준 주요변경내용 THB AC TC PTC HTSL HTOL ELFR HBM /MM CDM LU FAB Site M 주요회로 Design M Metal / Via / Contact M Passivation / Oxide P P M Wafer 직경및두께 T M T T T Chip Size 축소 M Assembly Site M New Package M Lead Frame / Bump 재료 M B Wire Bonding W Mold Compound M Die Attach M 27 / 34

28 자동차완성품에대핚신뢰성의중요성 차량용반도체신뢰성시험규격제정 목차 AEC Q100 시험규격의해부 차량용부품에서자주발생하는불량 결롞 28 / 34

29 전장용품에서 Issue 되고있는불량 Ⅰ Solder Joint Crack : Solder Ball 과 PCB 의 Cu 층과충분히열적으로융합되지않은상태에서 차량주행할때발생되는짂동이있을경우 Ball 이 PCB 로부터분리되어 불량을일으키는현상 신뢰성검증항목 : TC, Mechanical Shock 단면분석을통해검증가능 29 / 34

30 전장용품에서 Issue 되고있는불량 Ⅱ 초음파검사장비 C-SCAN 촬영사짂초음파파형 Popcorn 현상으로인한 Package crack Delamination PCB 에부품을실장한후, Package Crack 이나 Delamination 이발생하였을경우에는. Reflow 공정검토 (Profile) 와더불어제품보관및관리젃차검토가필요함. 신뢰성검증항목 : MSL 또는 Precondition 30 / 34

31 전장용품에서 Issue 되고있는불량 Ⅲ Whisker : 환경문제로인해 Solder 재료를 Sn/Pb 에서 Pb-free 제품인 Sn Solder 를 사용하면서 Sn 도금에서실오라기같은결정이성장하여인접한도체까지 도달할경우, Short 로인한 Function 불량이발생할수있다. 신뢰성검증항목 : TC, THS 전자현미경을통해관찰가능. 31 / 34

32 자동차완성품에대핚신뢰성의중요성 차량용반도체신뢰성시험규격제정 목차 AEC Q100 시험규격의해부 차량용부품에서자주발생하는불량 결롞 32 / 34

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34 감사합니다 For more Information 안도석팀장 / 신뢰성기술 1 팀 Tel) ) doseok.ahn@qrtkr,com 34 / 34

슬라이드 1

슬라이드 1 큐알티반도체안도석수석연구원 연락처 : 010-2982-9094 E-mail : doseok.ahn@qrtkr,com 1 신뢰성시험의역사 1920~1940 년대 1940~1950 년대 1950~1960 년대 1960s 년 ~ 1876 년벨, 전화기발명 제 2 차세계대전발발 한국전쟁 (6.25 전쟁 ) 발발 NASA 유인우주프로그램활동 1920 년전자진공관수요증가