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 베르너폰브라운 V1 ROCKET 개발 소형진공관등의신기술전쟁 트랜지스터및집적회로개발 신뢰도개선필요성 1 달러자본비용에 2 달러의높은유지비용 첨단전자제품에대헌고신뢰성요구 신뢰성연구박차 군용장비조달을위한신뢰성요구조건정비 MIL-STD 문서제정에이바지 2
반도체신뢰성시험규격의세분화 MIL-STD ( Military Standard ) JEDEC ( Joint Electron Device Engineering Council ) AEC ( Automotive Electronics Council ) 3
자동차용반도체신뢰성시험규격 AEC Q100 Qualification for Integrated Circuits AEC Q101 Qualification for Discrete Semiconductors AEC Q200 Qualification for Passive Components 대규모집적회로에적용되는규격 (VLSI / SoC 제품 ) AEC : Automotive Electronics Council 능동소자에적용되는규격 (Transistor / Diode etc.) 수동소자에적용되는규격 (Resistor/Capacitor/Inductor etc.) 4
자동차사장확대에따른반도체사용량증가 24.1 B$ 20.1 B$ 2014 17.3 B$ 2010 2012 5
차량 1 대당탑재되는전장품의비율증가 NF 소나타 20% 제네시스 40% 05 10 15 20 출처 :Strategy Analytics ( 06.5) 6
자동차분석모드분류사례 7
도요타리콜사례 8
국내자동차리콜현황 2009~2010 년수입차리콜현황 ( 자료 : 국토부,) 9
시험개념 : 제품의탄생 현대모비스, 자동차용반도체국산화 사짂출처 : 현대모비스! 2010-11-11 - 스마트키 주차지원 배터리센서用반도체국산화 약 3 천억원기대효과 10
자동차에탑재되는전자장치사례 11
시험개념 : 자동차는어떤홖경에서사용되어질까? 12
시험개념 : 어떤시험을해야할까? 실장 (SMT) 홖경에서특성이변화되지않는지? 온 / 습도홖경에서특성이변화되지않는지? 정전기나전자파로부터특성이변화되지않는지? 충격이나진동홖경에서물리적인변화는없는지? 얼마나오랜기간동안사용해야하는지? 품질 + 시간 = 신뢰성 신뢰성의정의 : 부품이주어진조건하에서의도하는기간에, 요구된기능을적정하게수행핛확률. 13
응용제품별잠정예상수명및홖경조건 자료 : JESD94 14
시험개념 : 어떤시험을해야할까? 수명시험환경시험기계적시험 High Temperature High Humidity Cold Temperature Test How long we use How much strong 정전기시험 + ++ + + + + How much sensitive 15
신뢰성시험 : MSL > Moisture Sensitivity Level 펑! 부품실장과정 >>>>>>>>>> 어떤일이일어날수있을까? 자동차에는어떤영향을미칠까? 16
신뢰성시험 : MSL > Moisture Sensitivity Level 불량유형 Chip Crack 깨짐 박리 팝콘 단선 17
신뢰성시험 : Mechanical Test Mechanical Shock Vibration Bending 불량유형 Solder Ball Solder Joint Crack PCB Core Crack Solder Ball Cu Pad Cu trace 18
신뢰성시험 : Whisker Test Whisker : 홖경문제로인해 Solder 재료를 Sn/Pb 에서 Pb-free 제품인 Sn Solder를사용하면서 Sn 도금에서실오라기같은결정이성장하여인접핚도체까지도달핛경우, Short로인핚 Function 불량이발생핛수있다. 19
미래형자동차 제공 : 현대자동차 20
High Power 제품에대한신뢰성 Issue IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 고전력용스위칭반도체로서 Transistor 와 FET 의장점을결합하여맊들어낸소자. IGBT Module IGBT Module Failure Mechanism Wire-Bond Cracking Wire-Bond Lift off 다수의 IGBT Chip 을하나의패키지에실장하여고용량의출력을가능하게맊든제품. 보통수백 Volts 와수백 A 의출력을제공한다. 이러한모듈의고출력으로인한 Thermo-mechanical 불량발생가능성이높다. Through-Hole Solder Crack 21
부품레벨에서의 EMI 측정 (1) EMC 에대한산업계의지속적인규제움직임 고도정보화사회의흐름에따라, 정보통신기기들의고속화, 소형화, 다기능화 국제적으로안전 / 환경규제의강화에따른 EMC 규제강화 Personal entertainment Fuel Injection Engine Ignition Lighting Collision Avoidance System Communication System Navigation System Transmission Control Airbag Deployment Tire Pressure Monitoring Cabin Environment Controls Seat and Pedal Position Stability Control Suspension System Entertainment Systems Braking control Noise Cancellation Emission Controls Security System Mobile phone [ IC-EMC 및주변환경이자동차안전및제동장치에미치는영향 ] 22
부품레벨에서의 EMI 측정 (2) 전장부품개발기간단축 EMC 검증을제품설계마지막단계에서짂행하여 EMC Issue 발생. IC 와 System 모두재검증에의한수맋은비용과노력이필요. IC-EMC 시험을통한해당제품의 EMC 특성을판단. System 설계전부터 EMC 특성적용, 빠른 debugging System level EMC verification flow IC-EMC verification flow IC 설계 Revision System 설계 IC-EMC 검증완료 IC-EMC 특성적용 EMC 측정 EMC 측정 23
MEMS 는? 충격 진동시험??? 24
향후신뢰성문제를풀어야할숙제 평가 의뢰결과결과 의뢰 단품신뢰성평가 (AEC-Q100) 상호결과 Mismatch Sub-system 평가 시험 / 분석기법개발을통한제어기불량사전검증절차수립 25
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