CommonModeFilter 신뢰성향상및가속수명 시험법개발 ( ) 최종 … · ㆍ충 방전을...

신뢰성 향상 및 가속수명신뢰성 향상 및 가속수명신뢰성 향상 및 가속수명신뢰성 향상 및 가속수명Common Mode FilterCommon Mode FilterCommon Mode FilterCommon Mode Filter

시험법 개발시험법 개발시험법 개발시험법 개발

최종 보고서최종 보고서최종 보고서최종 보고서( )( )( )( )

2007 . 8 . 312007 . 8 . 312007 . 8 . 312007 . 8 . 31

주관기관 주 쎄 라 텍주관기관 주 쎄 라 텍주관기관 주 쎄 라 텍주관기관 주 쎄 라 텍: ( ): ( ): ( ): ( )

위탁기관 한 국 산 업 기 술 시 험 원위탁기관 한 국 산 업 기 술 시 험 원위탁기관 한 국 산 업 기 술 시 험 원위탁기관 한 국 산 업 기 술 시 험 원::::

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서

년 부품 소재신뢰성기반기술확산사업에 의하여 완료한 사업명2006 ( : Commonㆍ

신뢰성 향상 및 가속수명 시험법 개발 의 최종보고서를 동 사업 운Mode Filter )

영지침 항에 의하여 별첨과 같이 제출합니다25 .

첨 부 최종보고서 부: 10

2007 . 08 . 31 .2007 . 08 . 31 .2007 . 08 . 31 .2007 . 08 . 31 .

주관 책임자주관 책임자주관 책임자주관 책임자 ::::

주 관 기 관 주 쎄라텍주 관 기 관 주 쎄라텍주 관 기 관 주 쎄라텍주 관 기 관 주 쎄라텍: ( ): ( ): ( ): ( )

김 일 동김 일 동김 일 동김 일 동

김 영 근김 영 근김 영 근김 영 근

한국부품소재산업진흥원 귀하한국부품소재산업진흥원 귀하한국부품소재산업진흥원 귀하한국부품소재산업진흥원 귀하

- 3 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

한국부품소재산업진흥원장 귀 하한국부품소재산업진흥원장 귀 하한국부품소재산업진흥원장 귀 하한국부품소재산업진흥원장 귀 하

본 보고서를 신뢰성 향상 및 가속수명 시험법 개발 개발기"Common Mode Filter "(

간 과제의 최종보고서로 제출합니다: 2006. 08. 01 ~ 2007. 07. 31) .

2007 . 08 . 31 .2007 . 08 . 31 .2007 . 08 . 31 .2007 . 08 . 31 .

주관기관명주관기관명주관기관명주관기관명 ː 주 쎄 라 텍주 쎄 라 텍주 쎄 라 텍주 쎄 라 텍( )( )( )( )

주관책임자주관책임자주관책임자주관책임자 ː 김 일 동김 일 동김 일 동김 일 동

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 ː 이 현 우이 현 우이 현 우이 현 우

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 ː 이 화 섭이 화 섭이 화 섭이 화 섭

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 ː 홍 명 숙홍 명 숙홍 명 숙홍 명 숙

- 4 -

부품 소재 신뢰성 기반기술확산사업 보고서 초록부품 소재 신뢰성 기반기술확산사업 보고서 초록부품 소재 신뢰성 기반기술확산사업 보고서 초록부품 소재 신뢰성 기반기술확산사업 보고서 초록ㆍㆍㆍㆍ

관리번호관리번호관리번호관리번호

사 업 명사 업 명사 업 명사 업 명 신뢰성 향상 및 가속수명시험법 개발Common Mode Filter

키 워 드키 워 드키 워 드키 워 드 고온고습 절연저항열화 가속시험 환경시험Common Mode Filter/ / / /

사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용

최종 목표최종 목표최종 목표최종 목표1.1.1.1.

단시간 를 통한 설계결함을 찾기 위한 가속시험방법 개발단시간 를 통한 설계결함을 찾기 위한 가속시험방법 개발단시간 를 통한 설계결함을 찾기 위한 가속시험방법 개발단시간 를 통한 설계결함을 찾기 위한 가속시험방법 개발- TEST- TEST- TEST- TEST

신뢰수준 로 만족신뢰수준 로 만족신뢰수준 로 만족신뢰수준 로 만족- 60 % MTTF 50 000 h- 60 % MTTF 50 000 h- 60 % MTTF 50 000 h- 60 % MTTF 50 000 h

전압가속시험을 통한 가속시험 방법 개발전압가속시험을 통한 가속시험 방법 개발전압가속시험을 통한 가속시험 방법 개발전압가속시험을 통한 가속시험 방법 개발2.2.2.2.

인가전압 정격의 정격의 정격의 에 따른 가속수명 시험 실시인가전압 정격의 정격의 정격의 에 따른 가속수명 시험 실시인가전압 정격의 정격의 정격의 에 따른 가속수명 시험 실시인가전압 정격의 정격의 정격의 에 따른 가속수명 시험 실시- ( 30 %, 60 %, 120 %)- ( 30 %, 60 %, 120 %)- ( 30 %, 60 %, 120 %)- ( 30 %, 60 %, 120 %)

가속성 확인 및 역 자승 모델에 따른 가속모델 개발가속성 확인 및 역 자승 모델에 따른 가속모델 개발가속성 확인 및 역 자승 모델에 따른 가속모델 개발가속성 확인 및 역 자승 모델에 따른 가속모델 개발----

온 습도가속시험을 통한 가속시험 방법 개발온 습도가속시험을 통한 가속시험 방법 개발온 습도가속시험을 통한 가속시험 방법 개발온 습도가속시험을 통한 가속시험 방법 개발3.3.3.3. ㆍㆍㆍㆍ

온 습도 조건 에 따른 가속수온 습도 조건 에 따른 가속수온 습도 조건 에 따른 가속수온 습도 조건 에 따른 가속수- (40 /95 %R.H., 60 /95 %R.H., 85 /85 %R.H.)- (40 /95 %R.H., 60 /95 %R.H., 85 /85 %R.H.)- (40 /95 %R.H., 60 /95 %R.H., 85 /85 %R.H.)- (40 /95 %R.H., 60 /95 %R.H., 85 /85 %R.H.)ㆍ ℃ ℃ ℃ㆍ ℃ ℃ ℃ㆍ ℃ ℃ ℃ㆍ ℃ ℃ ℃

명 시험 실시명 시험 실시명 시험 실시명 시험 실시

가속성 확인 및 역 자승 모델에 따른 가속모델 개발가속성 확인 및 역 자승 모델에 따른 가속모델 개발가속성 확인 및 역 자승 모델에 따른 가속모델 개발가속성 확인 및 역 자승 모델에 따른 가속모델 개발----

고장원인 분석 및 제품 개선고장원인 분석 및 제품 개선고장원인 분석 및 제품 개선고장원인 분석 및 제품 개선4.4.4.4.

제품 내부 구조 변경 및 칩 표면 코팅 처리제품 내부 구조 변경 및 칩 표면 코팅 처리제품 내부 구조 변경 및 칩 표면 코팅 처리제품 내부 구조 변경 및 칩 표면 코팅 처리----

신뢰성 개선 결과신뢰성 개선 결과신뢰성 개선 결과신뢰성 개선 결과5.5.5.5.

재현 시혐을 통한 제품의 개선 효과 확인재현 시혐을 통한 제품의 개선 효과 확인재현 시혐을 통한 제품의 개선 효과 확인재현 시혐을 통한 제품의 개선 효과 확인----

기대 효과기대 효과기대 효과기대 효과6.6.6.6.

신제품 개발 시간 단축을 통한 매출 향상신제품 개발 시간 단축을 통한 매출 향상신제품 개발 시간 단축을 통한 매출 향상신제품 개발 시간 단축을 통한 매출 향상----

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목 차목 차목 차목 차

제 장 개요제 장 개요제 장 개요제 장 개요1111

제 절 서 론제 절 서 론제 절 서 론제 절 서 론1111

제 절 의 구조 및 특성제 절 의 구조 및 특성제 절 의 구조 및 특성제 절 의 구조 및 특성2 Common Mode Filter2 Common Mode Filter2 Common Mode Filter2 Common Mode Filter

제 절 가속수명 시험 절차 및 과제 목표제 절 가속수명 시험 절차 및 과제 목표제 절 가속수명 시험 절차 및 과제 목표제 절 가속수명 시험 절차 및 과제 목표3333

제 장 가속수명 시험법 개발 및 개선제 장 가속수명 시험법 개발 및 개선제 장 가속수명 시험법 개발 및 개선제 장 가속수명 시험법 개발 및 개선2 Common Mode Filter2 Common Mode Filter2 Common Mode Filter2 Common Mode Filter

제 절 예비 시험 결과제 절 예비 시험 결과제 절 예비 시험 결과제 절 예비 시험 결과1111

제 절 전압 가속 시험 및 시험 분석제 절 전압 가속 시험 및 시험 분석제 절 전압 가속 시험 및 시험 분석제 절 전압 가속 시험 및 시험 분석2 data2 data2 data2 data

제 절 온습도 가속 시험 및 시험 분석제 절 온습도 가속 시험 및 시험 분석제 절 온습도 가속 시험 및 시험 분석제 절 온습도 가속 시험 및 시험 분석3 data3 data3 data3 data

제 절 고장원인 분석 및 대책제 절 고장원인 분석 및 대책제 절 고장원인 분석 및 대책제 절 고장원인 분석 및 대책4444

제 절 개선품의 성능평가제 절 개선품의 성능평가제 절 개선품의 성능평가제 절 개선품의 성능평가5555

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

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제 장 개 요제 장 개 요제 장 개 요제 장 개 요1111

제 절 서 론제 절 서 론제 절 서 론제 절 서 론1111

와 주변기기 간의 데이터 전송량의 증가 및 속도의 증가로 인해 도입되고 있는PC

방식의 신호 전송 중 발생되는 코먼 모드 노이즈(differential) (common mode

를 제거하는 것을 목적으로 하는 로우 패스 필터의 일종이다 상기 제품은noise) .

전류 억제 차동 신호의 위상차이 및 크기 차이로 발생되는 불균형common mode ,

보정 등을 위해 사용 되며 고속 차동 전송 신호라인 노이즈 대책으로(unbalance) ,

적합하다 코먼 모드 노이즈는 스위칭 전원장치의 스위칭 동작 및 정류 동작 중 발.

생할 수 있으며 전자파 중에 트위스트선 이나 근접한 평형선과 같은 한 쌍, (twist)

의 신호선이 있으면 양상에 균일한 전자유도가 발생 이 전류가 부유용량, (stray

을 통해 접지를 통해 흘러 발생될 수 있다 또한 낙뢰에 의한 전화선capacitance) .

등으로의 유도도 코먼 모드 노이즈를 발생할 수 있다 전화선 등의 부근에 낙뢰가.

있으면 두 신호 선에 균일한 노이즈가 유도되고 이것이 세트에 유입되어 세트의, ,

부유용량에 의해 접지를 통해 흘러 코먼 모드 노이즈가 발생되게 된다.

그림 의 동작그림 의 동작그림 의 동작그림 의 동작1-1. Common Mode Filter1-1. Common Mode Filter1-1. Common Mode Filter1-1. Common Mode Filter

- 7 -

그림 및그림 및그림 및그림 및1-2. Common Mode Normal Mode Noise1-2. Common Mode Normal Mode Noise1-2. Common Mode Normal Mode Noise1-2. Common Mode Normal Mode Noise

시장동향 및 전망o

및 등의 고속신호USB2.0, IEEE1394 HDMI(High Definition Multimedia Interface)

전송시 유입 되는 코먼 모드 노이즈는 신호의 품질 을 열화 시키므로(BER) ,

의 사용이 필수적이라고 할 수 있다 특히 최근 급격히 확산Common Mode Filter . ,

되고 있는 등의 사용 등에 비추어 볼 때 의 수요는 급HDTV , Common Mode Filter

격한 증가가 예상된다 그림 참조 디지털 타임즈 그림 참. ( 1-3. , 2007. 03. 05, 1-4

조, Nikkei Electronics Asia, 2004.07 )

그림 응용 분야그림 응용 분야그림 응용 분야그림 응용 분야1-3. Common Mode Filter1-3. Common Mode Filter1-3. Common Mode Filter1-3. Common Mode Filter

- 8 -

그림그림그림그림 1-4. Multi-layered Type Common Mode Filter1-4. Multi-layered Type Common Mode Filter1-4. Multi-layered Type Common Mode Filter1-4. Multi-layered Type Common Mode Filter

그림 응용 분야그림 응용 분야그림 응용 분야그림 응용 분야1-5. Common Mode Filter1-5. Common Mode Filter1-5. Common Mode Filter1-5. Common Mode Filter

- 9 -

제 절 의 구조 및 특성제 절 의 구조 및 특성제 절 의 구조 및 특성제 절 의 구조 및 특성2 Common Mode Filter2 Common Mode Filter2 Common Mode Filter2 Common Mode Filter

코먼 모드 노이즈 제거를 위해 전통적으로 사용된 방법은 Common mode choke

가 있다 동상 신호 유입 시 상호 유도 를 통해 임피던스가 증가. (mutual coupling) ,

되어 동상 신호의 감쇄가 이루어진다 또한 차동 신호 유입 시는 역상으로 유도된. ,

에 의해 작은 임피던스 값을 나타낸다 현재 이 방법이 전원라인이magnetic flux , . ,

나 신호라인에 가장 일반적으로 사용되고 있으며 코일의 부유 용량이 있으면 고역, ,

노이즈의 제거는 어렵다 박막 공정을 이용한 경우 소형화에 유리하나 높은 값의. , ,

를 만들기 어렵다 의 경우 높은 값의Common mode impedance . Multi-layer type ,

를 구현할 수 있으나 소형화에 애로가 있다 표 에Common mode impedance , . 1-1

각 방식에 따른 특성을 나타내었다.

표 별 특성표 별 특성표 별 특성표 별 특성1-1. Type1-1. Type1-1. Type1-1. Type

의 용도별 분류체계도- Common Mode Filter

코먼 모드 노이즈 제거를 사용되는 주요소자 로는(EMI Suppressing device)

및 등이 있다 이 중 는Common Mode Filter Ferrite Bead . Common Mode Filter

권선계 박막계 다층계 로 분류할 수 있다 권선계 박막계 및, , (multi-layered type) . ,

다층계 를 그림 에 제시하였다Common Mode Filter 1-7,1-8,1-9, .

- 10 -

그림그림그림그림 1-6. Coil Wound Type Common Mode Filter1-6. Coil Wound Type Common Mode Filter1-6. Coil Wound Type Common Mode Filter1-6. Coil Wound Type Common Mode Filter

그림그림그림그림 1-7. Coil Wound Type Common Mode Filter1-7. Coil Wound Type Common Mode Filter1-7. Coil Wound Type Common Mode Filter1-7. Coil Wound Type Common Mode Filter

그림그림그림그림 1-8. Thin Film Type Common Mode Filter1-8. Thin Film Type Common Mode Filter1-8. Thin Film Type Common Mode Filter1-8. Thin Film Type Common Mode Filter


- 11 -

이상과 같은 분류 중 현재 주 쎄라텍에서 제조하고 있는 는( ) Common Mode Filter

를 이용한 다층계이며 을 절연 재료로 이용하여 내부Ferrite core , glass ceramic ,

및 외부 전극을 형상한 그림과 같은 구조를 갖고 있다.


- 12 -

제 절 가속수명 시험 절차 및 과제 목표제 절 가속수명 시험 절차 및 과제 목표제 절 가속수명 시험 절차 및 과제 목표제 절 가속수명 시험 절차 및 과제 목표3333

가속수명 열화 시험방법은 수명을 평가하고자 하는 대상 제품의 수명이 길어 정상( )

사용조건에서 시험하는 경우 시험시간이 길어지므로 그림 에서 나타낸 바와 같1-11

이 정상 사용조건보다 더 열악한 여러 가속조건에서 시험한 후 얻어진 고장시간 데

이터 또는 특성 열화데이터를 분석하여 가속모델을 추정하고 추정된 가속모델로부,

터 정상 사용조건의 수명을 계산하는 방법이다.

그림 가속수명 열화 시험의 개념그림 가속수명 열화 시험의 개념그림 가속수명 열화 시험의 개념그림 가속수명 열화 시험의 개념1-11. ( )1-11. ( )1-11. ( )1-11. ( )

- 13 -

가속방법의 종류가속방법의 종류가속방법의 종류가속방법의 종류1.1.1.1.

가속시험에 있어서 가속하는 방법에는 다음과 같은 가지 종류가 있다3 .

그림 가속의 가지 방법그림 가속의 가지 방법그림 가속의 가지 방법그림 가속의 가지 방법1-12. 31-12. 31-12. 31-12. 3

가 판정가속방법가 판정가속방법가 판정가속방법가 판정가속방법....

고장의 유형에는 파국고장과 열화고장 두 가지가 있다 파국고장은 정상적이던 제.

품이 갑자기 기능을 수행하지 못하게 되는 것으로 단선 단락 등의 고(open), (short)

장형태를 들 수 있다 열화고장은 제품의 특성이 시간이 지남에 따라서 점차 열화.

되어 미리 정한 고장판정기준 만큼 열화 되면 고장으로 판정을 하는 고장형태이다.

판정가속은 제품의 고장이 열화고장형태인 경우 고장판정을 더 빨리 내리도록 고장

판정기준을 바꾸어 적용하는 방법이다 예를 들어 전지의 경우 충 방전을 반복하. ㆍ

면서 전지의 용량이 감소한다 전지의 국제규격에서는 전지의 고장을 다음과 같이.

정의한다 전지 용량이 초기 용량의 수준까지 떨어지면 고장으로 간주한다. 60% .

어느 한 전지의 충 방전 시험에서 다음과 같은 열화특성이 얻어졌다.ㆍ

- 14 -

그림 판정가속의 개념그림 판정가속의 개념그림 판정가속의 개념그림 판정가속의 개념1-131-131-131-13

전지의 용량이 국제 규격에서 제시한 고장판정기준인 용량변화율 초기 용량 시({ -t

점에서의 용량 초기 용량 에 이르기까지 같은 경향을 가지고 떨어진다면}x100/ ) 40%

고장판정기준을 에서 로 변경함으로써 약 배 의 가속효과를40% 10% 4 (=1000/240)

얻을 수 있다 그림 참조( 1.13 ).

나 빈도 가속나 빈도 가속나 빈도 가속나 빈도 가속....

빈도 가속은 정상 사용조건의 사용빈도보다 더 높은 사용빈도로 시험을 실시하는

방법이다 예를 들면 전동공구의 경우 시간 계속하여 사용을 하지 않는다 사용. 24 .

자에 따라서 하루에 사용하는 시간이 다르겠지만 평균하여 시간 정도를 사용한다4

고 하면 시험은 시간 내내 동작시키는 것이다 이와 같이 시험하는 경우 사용빈24 .

도만을 고려할 때 시험조건은 정상 사용조건보다 배의 가속효과가 있다 즉 빈도6 . ,

가속을 하여 개월을 시험하면 실제 정상 사용조건에서는 개월을 사용한 효과가1 6

있는 것이다 그림 참조( 1-14 ).

- 15 -

그림 빈도가속의 개념그림 빈도가속의 개념그림 빈도가속의 개념그림 빈도가속의 개념1-14.1-14.1-14.1-14.

빈도가속시험의 대표적인 사례로서 원자력 발전소 제어시스템에 들어가는 릴레이의

경우를 들 수 있다 원자력 발전소 기기들은 안전과 관련된 기능을 수행하는 기기.

의 경우 원자력 발전소 수명인 년 동안 사용하는데 문제가 없음을 입증하여야 한40

다 릴레이의 경우 주된 고장원인이 접점이 붙었다 떨어지는 동작을 반복하는 것에.

의하여 피로가 누적되어 고장이 발생하는 것인데 이와 같은 고장메커니즘을 갖는,

릴레이 수명을 평가하기 위하여 동작시험을 실시한다 원자력 발전소에서ON/OFF .

정상적인 동작조건으로 릴레이가 작동하는 경우 년 동안 회의 동40 60000 ON/OFF

작을 하는 것으로 간주하는데 이와 같은 동작 빈도는 평균적으로 시간에 회, 5.84 1

년 일 시간 회 동작을 하는 것이다 하지만 릴레이의 수명시험(=40 ×365 ×24 /60000 ) .

에서는 초 초 즉 초에 회 동작을 하는 빈도로 빈도가속을 하여 시험1 ON 1 OFF, 2 1

을 실시한다 이와 같이 시험을 실시하는 경우 년 동안의 동작 상황을 약 시간. 40 34

초 회 에 재현할 수 있다(=2 ×60000 ) .

다 스트레스 가속다 스트레스 가속다 스트레스 가속다 스트레스 가속....

스트레스 가속은 제품의 고장메커니즘을 가속시킬 수 있는 스트레스 인자 온도 전( ,

압 온도 사이클 등 를 사용하여 고장을 짧은 시간 내에 발생시킨 후 수명과 스트, ) ,

레스 사이의 관계식을 사용하여 높은 스트레스 수준에서의 수명데이터를 정상 사용

조건의 수명데이터로 환산하는 방법이다 그림 참조( 1-15 ).

- 16 -

그림 스트레스 가속 개념그림 스트레스 가속 개념그림 스트레스 가속 개념그림 스트레스 가속 개념1-15.1-15.1-15.1-15.

예를 들어 전자부품의 경우 일반적으로 화학반응 부식 마이그레이션 금속간 화합, ( , ,

물 등 에 의하여 고장이 발생하는데 이러한 화학반응은 온도에 의하여 촉진된다) .

온도가 상승함에 따라서 제품의 수명이 감소하는 상관관계는 다음과 같은 아레니우

스 가속모델이 잘 맞는 것으로 알려져 있다.

Lu/La = exp{(E/k) (1/Tu-1/Ta)}ㆍ

단 는 정상 사용조건에서의 수명 는 가속조건에서의 수명 는 활성화 에너, Lu , La , E

지 는 볼츠만상수, k (8.617×10-5

는 정상 사용조건의 절대온도 는 가속eV/k), Tu , Ta

조건의 절대온도이다 이와 같은 아레니우스 가속모델에서는 활성화 에너지 값만.

알면 정상 사용조건과 가속조건사이의 가속효과가 어느 정도 되는지 알 수가 있다.

여기서 활성화 에너지는 화학반응이 일어나기 위하여 필요한 에너지양으로서 고장

메커니즘에 따라서 다른 값을 갖는다 반도체 디바이스 예를 들어 활성화 에너지가.

고장메커니즘 이라고 할 때 일반적으로 고온동작시험에서 실시하는 가속조건인1.0( )

에서의 시간은 정상 사용조건인 에서 시간을 사용한 것125 1000 35 5,015,000℃ ℃

과 동일하다.

- 17 -

가속시험에서 사용되는 모델가속시험에서 사용되는 모델가속시험에서 사용되는 모델가속시험에서 사용되는 모델2.2.2.2.

가 수명분포가 수명분포가 수명분포가 수명분포....

수명시험에서 뿐만 아니라 가속시험에서도 기본적으로 사용되는 모델로서 고장시간

의 분포를 표현하는 수명분포가 있다 수명분포로는 일반적으로 다음과 같은 분포.

들이 사용된다.

지수분포지수분포지수분포지수분포①①①①

확률밀도함수•

f( t) = (1/ ) exp(-t/ )θ θ

신뢰도함수•

R( t) = exp( -t/ )θ

평균수명 :• θ

누적분포함수•

F( t) =1 - exp (-t/ )θ

고장률함수•

h( t) = 1/θ

제 백분위수p : - ln(1-p)• θ

와이블분포와이블분포와이블분포와이블분포②②②②

확률밀도함수•

f( t) = ( /β ɑβ) t

-1βexp[-(t/ )ɑ

β]

신뢰도함수•

R( t) = exp[ -(t/ )ɑβ]

평균수명: [1+(1/ )]• Γ βɑ

누적분포함수•

F( t) =1 - exp [ -(t/ )ɑβ]

고장률함수•

h( t) = ( / )(t/ )β ɑ ɑ-1β

제 백분위수p : [ - ln (1-p)]• ɑ1/β

대수정규분포대수정규분포대수정규분포대수정규분포③③③③

확률밀도함수(pdf, probability density function)•

f( t) = (0.4343/[ (2 )π1/2ta]} exp {- [log(t) - ]μ

2/(2σ

2) }

누적분포함수(cdf, cumulative distribution function)•

F( t) = {[log(t) - ]/ }φ μ σ

신뢰도함수•

R( t)= 1- {[ log(t)- ]/ }φ μ σ

평균수명:• antilog [ +1.151μ σ2]

고장률함수•

h( t) = f(t)/R(t)

제 백분위수p :• antilog [ +zμ p ]σ

- 18 -

나 수명과 스트레스 사이의 관계나 수명과 스트레스 사이의 관계나 수명과 스트레스 사이의 관계나 수명과 스트레스 사이의 관계....

수명과 스트레스 사이의 관계에 대한 모델은 스트레스 가속방법에 있어서 높은 스

트레스 조건에서의 시간과 정상 사용조건에서의 시간 사이의 관계를 나타내는 것으

로서 스트레스 종류별로 다음과 같은 모델들이 있다.

아레니우스 모델아레니우스 모델아레니우스 모델아레니우스 모델(Arrhenius)(Arrhenius)(Arrhenius)(Arrhenius)①①①①

스트레스의 종류 온도:•

모델•

L = a exp[E/(kT)],ㆍ

단 은 수명 는 절대온도 는 활성화 에너지 는 볼츠만상수, L , T (K), E (eV), k

는 상수(8.617×10-5eV/k), a .

배경•

아레니우스 모델은 다음과 같은 차 화학반응모델에 근거한다1 .

= Kt K= A'exp[-E/(kT)]△

단 는 반응량 는 반응속도 는 시간 는 상수 는 활성화 에너지 는, , K , t , A' , E (eV), k△

볼츠만상수(8.617×10-5

는 절대온도 이다eV/K), T (K) .

일정한 양 △ c의 반응이 일어났을 때 고장이라고 정의하는 경우 고장시간 t f는 다

음과 같이 구해진다.

이 때 활성화 에너지 는 반응이 일어나기 위하여 필요한 에너지의 양이다 그림, E (

참조1-16 ).

- 19 -

그림 활성화 에너지 개념그림 활성화 에너지 개념그림 활성화 에너지 개념그림 활성화 에너지 개념1-161-161-161-16

역 자승 모델역 자승 모델역 자승 모델역 자승 모델②②②②

스트레스의 종류 전압 온도차: ,•

모델 전압( )•

L=a Vㆍ-n

단 은 수명 는 전압 와 은 상수, L , V (V), a n .

모델 수증기압( )•

L=a Pㆍ-n

단 은 수명 는 수증기압 와 은 상수, L , P (kPa), a n .

코핀 맨슨 모델 온도차- (Coffin-Manson) ( )•

L=a ( T)ㆍ △-n,

단 은 수명 는 온도차 와 은 상수, L , T , a n .△

일반적인 아이링 모델③

스트레스의 종류 온도와 온도 이외의 스트레스 복합 스트레스 모델: ( )•

모델 일반( )•

L=A exp [B/ (kT)+ClnS+DlnS/ (kT) ]ㆍ

단 은 수명 는 절대온도 는 온도이외의 스트레스 는 볼츠만상수, L , T (K), S , k

는 활성화 에너지 는 상수(8.617×10-5eV/k), B (eV), A, C, D .

블랙 모델 온도와 전류밀도 스트레스의 경우(Black) ( )•

L=a exp[E/(kT)] Jㆍ ㆍ-n,

단 은 수명 는 절대온도 는 활성화 에너지 는 볼츠만상수 는 전류, L , T (K), E (eV), k , J

밀도 와 은 상수(A/cm2), a n .

- 20 -

펙 모델 온도와 습도 스트레스의 경우(Pecht) ( )•

이 고온 고습에 의한 가속수명시험 모형으로 제안한 관계로서 특히Pecht(1986) ,ㆍ

에 널리 적용된다 절대온토 와 상대습PEM(Plastic Encapsulated Microcircuits) . (T)

도 에 대한 온 습도 모델은 다음과 같다(R.H.) .ㆍ

L=a exp[E/(kT)] Hㆍ ㆍ-n,

단 은 수명 는 절대온도 는 활성화 에너지 는 볼츠만상수 는 상대, L , T (K), E (eV), k , H

습도 와 은 상수(%R.H.), a n .

사 는 의 모형과 다른 다음과 같은 관계를 사용한다Intel (1988) Pecht .

L=a exp(B H) exp[E/(kT)]ㆍ ㆍ ㆍ

- 21 -

과제 목표과제 목표과제 목표과제 목표3.3.3.3.

의 신뢰성 현황- Common Mode Filter

고온고습 시험 진행 시 약 경과 후 절연저항 열화(40 , 95%R.H.) (500~700) h℃

현상 발생.

고장원인 분석-

이종재질의 동시 소결에 의한 수축률 차이로 내부 미세 발생Crackㆍ

고온고습 시험 진행 시 내부 에 습기 침투로 인한 절연저(40 , 95%R.H.) Crack→ ℃

항 열화 발생

표면 미흡으로 외부전극 간의 도금 번짐 현상이 발생되고 이로 인한 절Coatingㆍ

연저항 열화현상 발생

가속 수명 시험 방법 개발가속 수명 시험 방법 개발가속 수명 시험 방법 개발가속 수명 시험 방법 개발----

그림 가속수명 시험 진행 절차그림 가속수명 시험 진행 절차그림 가속수명 시험 진행 절차그림 가속수명 시험 진행 절차1-17.1-17.1-17.1-17.

필드 고장 모드 및 고장 메커니즘 파악필드 고장 모드 및 고장 메커니즘 파악필드 고장 모드 및 고장 메커니즘 파악필드 고장 모드 및 고장 메커니즘 파악- CMF- CMF- CMF- CMF

소결 시 를 구성하는 이종 재질 간 수축률 차이로 생긴 내부 공극에 습기 유: CMF

입 단자 간에 가해지는 전계에 의해 전극의 도금 번짐으로 인한 절연저항 감소. .

- 22 -

가속 스트레스 선택가속 스트레스 선택가속 스트레스 선택가속 스트레스 선택----

고장을 가속시키기 위한 주 스트레스로는 습도 및 인가전압이 있다, .

스트레스 수준 및 시료 수 결정스트레스 수준 및 시료 수 결정스트레스 수준 및 시료 수 결정스트레스 수준 및 시료 수 결정----

통계적 효율성을 고려하여 수준으로 결정한다3 . (Meeker Hahn, 1985, How to

plan an accelerated life test - some practical guideline, ASQ Basic Reference

in Quality Control, Vol. 10)

수명 분포 분포를 가정하고 분포의 적합성을 검증한다: Weibull , .ㆍ

스트레스 수준 및 시료 배분ㆍ

측정 항목 및 고장 판정 기준 결정측정 항목 및 고장 판정 기준 결정측정 항목 및 고장 판정 기준 결정측정 항목 및 고장 판정 기준 결정----

절연저항 열화가 주 고장모드이므로 절연저항을 고장판정기준으로 선택한다, .

측정 항목 고장판정 기준

절연저항 이하100 ㏁

온습도 가속 모형온습도 가속 모형온습도 가속 모형온습도 가속 모형----

가속 수명 시험을 통하여 사용조건에서의 수명을 추정하기 위해 온 습도에 대해, ㆍ

펙 모델 혹은 역 자승모델을 활용하며 인가전압에 대해서는 역 자승 모델을(Pecht) ,

활용한다.

유효성 검증 및 시료 개선유효성 검증 및 시료 개선유효성 검증 및 시료 개선유효성 검증 및 시료 개선----

유효성 검증을 위해 가속 모형을 이용하여 재현 시험을 실시한다 현재 고온고, .

습부하 시험 조건은 시료수 개 허용고장수 개 이므로 상40 /95 %R.H., 10 ( 0 ) ,℃

온 조건 와의 가속계수를 라 가정하면 신뢰수준 로25 /60 %R.H., 4 , 60%℃

를 보증하는 조건임을 알 수 있다 도출된 가속 모형을 이용하여MTTF 20 000h .

신뢰수준 로 을 보증할60% MTTF 50 000h 수 있는 시험조건을 도출하고 시료,

를 개선하여 상기 목표를 만족할 수 있도록 한다

- 23 -

신뢰성향상지원 결과의 활용방안신뢰성향상지원 결과의 활용방안신뢰성향상지원 결과의 활용방안신뢰성향상지원 결과의 활용방안----

내 환경시험 시간 단축을 통해 신제품 개발 단축Lead Timeㆍ

신제품 개발시간 단축을 통한 신속한 제품화를 통해 매출 증대 연계ㆍ

- 24 -

제 장 가속수명 시험법 개발 및 개선제 장 가속수명 시험법 개발 및 개선제 장 가속수명 시험법 개발 및 개선제 장 가속수명 시험법 개발 및 개선2 Common Mode Filter2 Common Mode Filter2 Common Mode Filter2 Common Mode Filter

제 절 예비시험 결과제 절 예비시험 결과제 절 예비시험 결과제 절 예비시험 결과1 Common Mode Filter1 Common Mode Filter1 Common Mode Filter1 Common Mode Filter

예비 시험을 통해 시험품의 절연 저항 열화특성을 확인하기 위하여 고온고습 부하,

시험을 실시하였다 판정 조건으로는 절연 저항 값을 기준으로 하였다. .

가 시험품 정보가 시험품 정보가 시험품 정보가 시험품 정보....

시험품 및 시험 조건시험품 및 시험 조건시험품 및 시험 조건시험품 및 시험 조건----

시험품 사진시험품 사진시험품 사진시험품 사진----

시험품 전면시험품 전면시험품 전면시험품 전면(a)(a)(a)(a) 시험품 후면시험품 후면시험품 후면시험품 후면(b)(b)(b)(b)

시험품 측면시험품 측면시험품 측면시험품 측면(c) 1(c) 1(c) 1(c) 1 시험품 측면시험품 측면시험품 측면시험품 측면(d) 2(d) 2(d) 2(d) 2

그림 시험품그림 시험품그림 시험품그림 시험품2-1.2-1.2-1.2-1.

- 25 -

시험품의 주요 특성시험품의 주요 특성시험품의 주요 특성시험품의 주요 특성----

주요 특성 항목 한계치

Inpedance @ 100 MHz ( ) typ.Ω 180

DC resistance max. (m )Ω 900

Rated current max. (mA) 330

Rated voltage max. (V) 10

Insulated resistance min. (M )Ω 100

시험품의 주요 특성 중 판정 조건으로는 절연 저항 값을 선택하였으며 를, DC 10V

초간 인가하여 절연저항 값을 측정한다60 .

나 시험용 기판 및 결선나 시험용 기판 및 결선나 시험용 기판 및 결선나 시험용 기판 및 결선....

결선결선결선결선(a)(a)(a)(a) 시험용 기판시험용 기판시험용 기판시험용 기판(b)(b)(b)(b)

그림 시험품의 연결그림 시험품의 연결그림 시험품의 연결그림 시험품의 연결2-2.2-2.2-2.2-2.

다 시험 기준다 시험 기준다 시험 기준다 시험 기준....

표준 대기 조건표준 대기 조건표준 대기 조건표준 대기 조건----

측정을 위한 표준 대기 조건ㆍ

온도(1) : 15 ~ 35℃ ℃

상대 습도(2) : 25 %R.H. ~ 75 %R.H.

대기압(3) : 86 ~ 106㎪㎪

표준 후처리 시간 시험 후 시간 동안 상온에서 방치 후 측정을 실시한: (1 ~ 2)ㆍ

다.

- 26 -

라 시험 결과라 시험 결과라 시험 결과라 시험 결과....

시험 기준에 따라 이상 없이 시험을 실시하였고 시험 결과는 다음과 같다 이상의, .

시험결과로부터 시험품은 온습도 및 인가전압의 영향을 받음을 알 수 있다, .

그림 시험품의 절연 저항값 변화 각 부하별 평균그림 시험품의 절연 저항값 변화 각 부하별 평균그림 시험품의 절연 저항값 변화 각 부하별 평균그림 시험품의 절연 저항값 변화 각 부하별 평균2-3. ( DC )2-3. ( DC )2-3. ( DC )2-3. ( DC )

- 27 -

그림 시험품의 절연 저항값 변화 각 부하별 평균그림 시험품의 절연 저항값 변화 각 부하별 평균그림 시험품의 절연 저항값 변화 각 부하별 평균그림 시험품의 절연 저항값 변화 각 부하별 평균2-4. ( DC )2-4. ( DC )2-4. ( DC )2-4. ( DC )

- 28 -

마 시험 사진마 시험 사진마 시험 사진마 시험 사진....

그림 고온고습 부하 시험 사진그림 고온고습 부하 시험 사진그림 고온고습 부하 시험 사진그림 고온고습 부하 시험 사진2-5.2-5.2-5.2-5.

바 시험 장비 리스트바 시험 장비 리스트바 시험 장비 리스트바 시험 장비 리스트....

장 비 명장 비 명장 비 명장 비 명 제 조 사제 조 사제 조 사제 조 사 모 델 명모 델 명모 델 명모 델 명

항온 항습기 ESPEC PSL-2KTH

High resistance meter Agilent 4339b

- 29 -

제 절 전압가속 시험 및 시험 분석제 절 전압가속 시험 및 시험 분석제 절 전압가속 시험 및 시험 분석제 절 전압가속 시험 및 시험 분석2 data2 data2 data2 data

1. 85 / 85%R.H., 3V1. 85 / 85%R.H., 3V1. 85 / 85%R.H., 3V1. 85 / 85%R.H., 3V℃℃℃℃

- 30 -

- 31 -

- 32 -

2. 85 / 85%R.H., 6V2. 85 / 85%R.H., 6V2. 85 / 85%R.H., 6V2. 85 / 85%R.H., 6V℃℃℃℃

- 33 -

- 34 -

- 35 -

3. 85 / 85%R.H., 12V3. 85 / 85%R.H., 12V3. 85 / 85%R.H., 12V3. 85 / 85%R.H., 12V℃℃℃℃

- 36 -

- 37 -

- 38 -

고장고장고장고장4. data4. data4. data4. data

조건에서 전압을 변수로 하여 시험한 결과 다음과 같은 고장85 , 85%R.H. data℃

를 얻을 수 있었다.

표 고장시간 전압가속표 고장시간 전압가속표 고장시간 전압가속표 고장시간 전압가속2-1. data( )2-1. data( )2-1. data( )2-1. data( )

상기 고장 중 초기 고장 시료의 경우 제품 제조상의 문제로 인한 이상시료로data ,

판단되어 제외하고 분석을 실시하였다, , data .

- 39 -

표 수정된 고장시간 전압가속표 수정된 고장시간 전압가속표 수정된 고장시간 전압가속표 수정된 고장시간 전압가속2-2. data( )2-2. data( )2-2. data( )2-2. data( )

- 40 -

그림 수명 시험그림 수명 시험그림 수명 시험그림 수명 시험2-6. data (85 / 85%R.H., 3 V)2-6. data (85 / 85%R.H., 3 V)2-6. data (85 / 85%R.H., 3 V)2-6. data (85 / 85%R.H., 3 V)℃℃℃℃

- 41 -


- 42 -


- 43 -

수명 분포의 적합성 검정 및 모수 추정수명 분포의 적합성 검정 및 모수 추정수명 분포의 적합성 검정 및 모수 추정수명 분포의 적합성 검정 및 모수 추정5.5.5.5.

분포의 적합성 검증을 위해 사의 를 이용하였으며 결과는 다음과 같ReliaSoft ALTA ,

다.

표 가지 분포의 모수 추정 및 적합성 함수 계산표 가지 분포의 모수 추정 및 적합성 함수 계산표 가지 분포의 모수 추정 및 적합성 함수 계산표 가지 분포의 모수 추정 및 적합성 함수 계산2-3. 3 (Likelihood function)2-3. 3 (Likelihood function)2-3. 3 (Likelihood function)2-3. 3 (Likelihood function)

가속 수명 모델로는 스트레스 인자로 전압을 선택하였으므로 다음과 같은 역 자승,

모델을 채택하였다.

L=1/(K Vㆍ n)

단 은 수명 는 전압 와 은 상수, L , V (V), a n .

표 와이블 분포 함수 및 모수 추정과 비교해 보면 미지수인 은 각각 다음2-4 , K, n

과 같다.

K= 0.0005

n=0.7595

표 가속 수명식 및 와이블 분포의 모수표 가속 수명식 및 와이블 분포의 모수표 가속 수명식 및 와이블 분포의 모수표 가속 수명식 및 와이블 분포의 모수2-4.2-4.2-4.2-4.

- 44 -

그림 와이블 확률지 타점 결과그림 와이블 확률지 타점 결과그림 와이블 확률지 타점 결과그림 와이블 확률지 타점 결과2-9.2-9.2-9.2-9.

- 45 -

가지 시험조건에서 시험한 로부터 수명 스트레스 관계를 그림과 같이 분석하3 data -

였다.

그림 수명 스트레스 관계그림 수명 스트레스 관계그림 수명 스트레스 관계그림 수명 스트레스 관계2-10. -2-10. -2-10. -2-10. -

역 자승모델을 이용하여 가속계수를 산출하면 다음과 같은 수식으로 표현된다, .

단, τ u 정상사용 조건에서의 특성 수명: (h), τ a 가속수명: (h),

Va 가속전압: (V), Vu 정격전압 상수: , n :

위의 수식과 역 자승모델에서 구한 개의 미지수를 이용하여 표와 같이 개의 가2 , 3

속수명 시험조건에서의 가속계수를 산출하였으며 정격전압 에서의 특성수명, (10 V)

을 예측하였다.

- 46 -

이상의 결과를 통해 의 경우 전압이 증가할수록 스트레Chip Common Mode Filter ,

스 수준이 증가하는 관계를 가지고는 있으나 가속계수가 크지 않으므로 주요 스트, ,

레스인자로는 온습도만을 가정하여 이하의 시험을 진행한다.

- 47 -

제 절 온습도 가속 시험 및 시험 분석제 절 온습도 가속 시험 및 시험 분석제 절 온습도 가속 시험 및 시험 분석제 절 온습도 가속 시험 및 시험 분석3 data3 data3 data3 data

1. 40 / 95%R.H., 12V1. 40 / 95%R.H., 12V1. 40 / 95%R.H., 12V1. 40 / 95%R.H., 12V℃℃℃℃

- 48 -

- 49 -

2. 60 / 95%R.H., 12V2. 60 / 95%R.H., 12V2. 60 / 95%R.H., 12V2. 60 / 95%R.H., 12V℃℃℃℃

- 50 -

- 51 -

3. 85 / 85%R.H., 12V3. 85 / 85%R.H., 12V3. 85 / 85%R.H., 12V3. 85 / 85%R.H., 12V℃℃℃℃

- 52 -

- 53 -

- 54 -

고장고장고장고장4. data4. data4. data4. data

정격전압의 조건 에서 온 습도를 변수로 하여 시험한 결과 다음과 같120 % (12V) ㆍ

은 고장 를 얻을 수 있었다data .

표 고장시간 온 습도 가속표 고장시간 온 습도 가속표 고장시간 온 습도 가속표 고장시간 온 습도 가속2-5. data( )2-5. data( )2-5. data( )2-5. data( )ㆍㆍㆍㆍ

- 55 -

상기 고장 중 초기 고장 시료의 경우 제품 제조 상의 문제로 인한 이상시료data ,

로 판단되어 제외하고 분석을 실시하였다, , data .

표 수정된 고장시간 온 습도 가속표 수정된 고장시간 온 습도 가속표 수정된 고장시간 온 습도 가속표 수정된 고장시간 온 습도 가속2-6. data( )2-6. data( )2-6. data( )2-6. data( )ㆍㆍㆍㆍ

- 56 -

그림 수명 시험그림 수명 시험그림 수명 시험그림 수명 시험2-11. data (40 / 95 %R.H., 12 V)2-11. data (40 / 95 %R.H., 12 V)2-11. data (40 / 95 %R.H., 12 V)2-11. data (40 / 95 %R.H., 12 V)℃℃℃℃

- 57 -


- 58 -


- 59 -

수명 분포의 적합성 검정 및 모수 추정수명 분포의 적합성 검정 및 모수 추정수명 분포의 적합성 검정 및 모수 추정수명 분포의 적합성 검정 및 모수 추정5.5.5.5.

분포의 적합성 검증을 위해 사의 를 이용하였으며 결과는 다음과 같ReliaSoft ALTA ,

다.

표 가지 분포의 모수 추정 및 적합성 함수 계산표 가지 분포의 모수 추정 및 적합성 함수 계산표 가지 분포의 모수 추정 및 적합성 함수 계산표 가지 분포의 모수 추정 및 적합성 함수 계산2-7. 3 (Likelihood function)2-7. 3 (Likelihood function)2-7. 3 (Likelihood function)2-7. 3 (Likelihood function)

고온고습 시험의 경우 다음과 같은 펙 모델을 사용하지만, (Pecht) , Common Mode

의 경우 수증기압에 의한 수분 침투되는 양에 고장시간이 직접적으로 영향을Filter ,

받으므로 다음과 같은 역 자승 모델을 채택하였다, .

L=a exp[E/(kT)] Hㆍ ㆍ-n,

단 은 수명 는 절대온도 는 활성화 에너지 는 볼츠만상수 는 상대, L , T (K), E (eV), k , H

습도 와 은 상수(%R.H.), a n .

L=1/(K pㆍn)

단 은 수명 는 수증기압 와 은 상수, L , P (kPa), K n .

표 와이블 분포 함수 및 모수 추정과 비교해 보면 미지수인 은 각각 다음2-8 , K, n

과 같다.

K= 1.0764E-6

n=2.0501

- 60 -

표 가속 수명식 및 와이블 분포의 모수표 가속 수명식 및 와이블 분포의 모수표 가속 수명식 및 와이블 분포의 모수표 가속 수명식 및 와이블 분포의 모수2-8.2-8.2-8.2-8.

그림 와이블 확률지 타점 결과그림 와이블 확률지 타점 결과그림 와이블 확률지 타점 결과그림 와이블 확률지 타점 결과2-14.2-14.2-14.2-14.

- 61 -

가지 시험조건에서 시험한 로부터 수명 스트레스 관계를 그림과 같이 분석하3 data -

였다.

그림 수명 스트레스 관계그림 수명 스트레스 관계그림 수명 스트레스 관계그림 수명 스트레스 관계2-15. -2-15. -2-15. -2-15. -

역 자승모델을 이용하여 가속계수를 산출하면 다음과 같은 수식으로 표현된다, .


Pa 가속수증기압: (kPa), Pu 정상수증기압 상수: (kPa), n :

- 62 -

위의 수식과 역 자승모델에서 구한 개의 미지수를 이용하여 표와 같이 개의 가2 , 3

속 수명 시험조건에서의 가속계수를 산출하였으며 정상사용조건, (25 , 60%R.H.)℃

에서의 특성수명을 예측하였다.

이상의 결과를 통해 의 경우 온습도 수증기압 가 증가Chip Common Mode Filter , ( )

할수록 스트레스 수준이 증가하는 관계를 가지고 있음을 알 수 있다.

그리고 의 정상 사용조건에서의 특성수명은 다음과 같이 신, Common Mode Filter

뢰 수준 에서60 % B10수명은 으로 예측되었다 기52 746 h . (1-sided lower limit

준)

표 정상 사용조건에서의표 정상 사용조건에서의표 정상 사용조건에서의표 정상 사용조건에서의2-9. B2-9. B2-9. B2-9. B10101010 수명 예측 결과수명 예측 결과수명 예측 결과수명 예측 결과

- 63 -

수명 시험 기준수명 시험 기준수명 시험 기준수명 시험 기준6.6.6.6.

가속수명 시험 기준은 표 의 항목들을 참고하여 결정되었다2-10 .

표 가속 수명 시험 결정 항목표 가속 수명 시험 결정 항목표 가속 수명 시험 결정 항목표 가속 수명 시험 결정 항목2-10.2-10.2-10.2-10.

항목 주요지표

신뢰성 평가 척도

평균수명

제 백분위수p

고장률

신뢰도

고장확률

보증수명 결정 시간 등50,000

신뢰수준 결정신뢰수준과 경제성의 고려Trade-off

일반적으로 를 사용60%, 90%, 95%, 99%

시험조건 결정

정상사용조건과 고장 이 다르지 않는 범위 내에서Mechanism

가속

시험 가능한 시험시간 가속조건 결정( )

합격판정기준 결정

판정오류 가능성과 경제성의 고려Trade-off

경제적인 경우 최소의 시료 수( )

일반적으로 허용고장수가 없는 것으로 선정(0)

시료 수 결정 통계적으로 결정

가속모델은 역 자승 관계를 따르고 있으므로 가속 계수는 다음과 같이 표현된다, .


Pa 가속수증기압: (kPa), Pu 정상수증기압 상수: (kPa), n :

현재 시행하고 있는 고온고습 시험 조건을 요약하면 다음과 같다, .

표 현 시험 수준 요약표 현 시험 수준 요약표 현 시험 수준 요약표 현 시험 수준 요약2-11.2-11.2-11.2-11.

온습도 조건 40 , 95 %R.H.℃

전압10 V

정격전압( )

시험 시간 500 h

시료수 10

허용 고장수 0

- 64 -

신뢰수준 로 현 시험 수준에서의 보증수명은 에 대한 온습도60 % 25 , 60%R.H.℃

에 의한 가속조건이 이므로 총 시험시간 기준으로 허용 고장 수 개15 , 7 500h , 0

일 때 특성 수명 이다 단 형상 모수, (Tc) 33 000 h .( , 1.6)β

신뢰수준 로 특성 수명 을 보증하기 위한 시험품의 개수는 형상60% , (Tc) 50 000 h

모수 는 허용 고장 수 개 가속계수 시험시간을 로 고정해 다음1.6, 0 , 112, 100 hβ

식에 따라 개로 결정할 수 있다, 10 .

단 은 시험품 개수, n , τ*는 인증하고자 하는 수명 시험시간 형상모수 및, T , Cβ

는 허용 고장수이다.

표 가속 수명 시험조건표 가속 수명 시험조건표 가속 수명 시험조건표 가속 수명 시험조건2-12.2-12.2-12.2-12.

구분 시험항목 시험조건 시료 수허용

고장 수특성수명 신뢰수준

가속수명

시험

고온고습

시험

60 , 95 %R.H.℃

100 h

정격전압의 120 %

10 0 50 000h 60%

- 65 -

제 절 고장원인 분석 및 대책제 절 고장원인 분석 및 대책제 절 고장원인 분석 및 대책제 절 고장원인 분석 및 대책4444

고장 원인 분석고장 원인 분석고장 원인 분석고장 원인 분석1.1.1.1.

다음 그림에서와 같이 는 차 측과 차 측이 전기적으Chip Common Mode Filter 1 2

로 절연되어 있는 구조이다 따라서 차 측과 차 측에 정격 직류 전압을 가하여. 1 2

도 절연저항이 정상적으로 관측되어야 하나 고온고습 부하시험을 진행하는 경우, , ,

그림 에서와 같은 절연저항 열화 최종적으로는 단락 현상이 발생하고 있다2-18 ( ) .

그림 전기적 등가모델그림 전기적 등가모델그림 전기적 등가모델그림 전기적 등가모델2-16. Chip Common Mode Filter2-16. Chip Common Mode Filter2-16. Chip Common Mode Filter2-16. Chip Common Mode Filter

그림 고온고습 부하 시험 시 절연 저항 열화그림 고온고습 부하 시험 시 절연 저항 열화그림 고온고습 부하 시험 시 절연 저항 열화그림 고온고습 부하 시험 시 절연 저항 열화2-17.2-17.2-17.2-17.

- 66 -

그러나 고온부하 시험을 실시하는 경우 동일한 고장모드는 관측되지 않았다, (85 ) , .℃

절연저항이 저하되는 현상은 고온고습 조건에서 발생되는 고장 모드로 상온이나 고

온 조건에서는 동일 불량이 발생되지 않았다 특히 고장 시료를 고온조건에서 건조. ,

시 절연 저항이 정상화되는 시료가 일부 관측되었다.

는 그림 과 같은 형태로 구성되며 제조 시 이종Chip Common Mode Filter 2-18. ,

재질 및 의 원료를 사용하여 고온에서 동시 소결을 진행하는데 이종(Ferrite Glass) ,

재질간의 수축률 차이로 인하여 제품 레이어 간에 미세 이 존재하게 되(Layer) Crack

며 미세 부분으로 습기가 침투되어 절연저항이 저하되는 것으로 판단된다, Crack .

그림 구조그림 구조그림 구조그림 구조2-18. Common Mode Filter2-18. Common Mode Filter2-18. Common Mode Filter2-18. Common Mode Filter

개선 방안개선 방안개선 방안개선 방안2.2.2.2.

절연저항의 저하현상이 외부의 습기가 칩 의 내부로 침투되어 단자 간 단락으(Chip)

로 인하여 발생되는 것으로 예측되며 개선 방안으로는,

이종 재질 간의 수축률 차이를 축소하기 위하여 내부 세라믹 전극의- (Ceramic)

적층 장 수를 감소시키고 절연성을 향상 시킬 수 있도록 내부구조를(stacked layer)

변경한다.

이종재질간의 미세 부분에 습기가 침투하지 못하도록 칩의 표면을 코팅을- Crack

처리한다.

- 67 -

해결방안으로 제시된 가지의 방안을 모두 적용하여 개선을 진행하였으며 그 결과2

는 다음과 같다.

적충 장 수 감소 및 내부구조 변경- (stacked layer)

그림 에서와 같이 내부전극의 회로 구조를 변경하여 세라믹 전극의2-20 (Ceramic)

적층 장수를 줄였으며 단자별 위치도 변경하여 단자별 절연성을 향상시킨다, .

그림 개선 전 내부 구조그림 개선 전 내부 구조그림 개선 전 내부 구조그림 개선 전 내부 구조2-19. Common mode filter2-19. Common mode filter2-19. Common mode filter2-19. Common mode filter

그림 개선 후 내부 구조그림 개선 후 내부 구조그림 개선 후 내부 구조그림 개선 후 내부 구조2-20. Common mode filter2-20. Common mode filter2-20. Common mode filter2-20. Common mode filter

- 68 -

시험 결과시험 결과시험 결과시험 결과----

- 69 -

표면 실시표면 실시표면 실시표면 실시- Coating- Coating- Coating- Coating

칩의 표면을 성분으로 처리하여 내습 조건에서도 습기가 칩의 내부Glass Coating

로 침투되지 않도록 보완하였다

구분 시료수 불량수 비고

개선전 50pcs 4pcs 불량 : <100㏁

개선후 50pcs 0pcs

[Test Profile][Test Profile][Test Profile][Test Profile]

제조사 모델명제조사 모델명제조사 모델명제조사 모델명[ & : ATAC & PM 420][ & : ATAC & PM 420][ & : ATAC & PM 420][ & : ATAC & PM 420]

- 70 -

제 절 개선품의 성능평가제 절 개선품의 성능평가제 절 개선품의 성능평가제 절 개선품의 성능평가5555

개선된 시험품의 성능을 평가하기 위하여 다음조건에서 고온고습 부하 시험을 실,

시하였다 시험 전 후 절연 저항을 측정하여 열화 및 고장을 확인하였다. .

시험조건시험조건시험조건시험조건----

모델명 시험조건 고온고습조건 부하조건DC 시험시간시험품

수

CM-4S3216-181JT 고온고습부하60 /95℃

%R.H.

12V

정격의( 120%)100 h 40

시험용 기판시험용 기판시험용 기판시험용 기판----

그림 시험용 기판그림 시험용 기판그림 시험용 기판그림 시험용 기판2-21.2-21.2-21.2-21.

절연 저항 측정 장면절연 저항 측정 장면절연 저항 측정 장면절연 저항 측정 장면----

그림 절연 저항 측정 사진그림 절연 저항 측정 사진그림 절연 저항 측정 사진그림 절연 저항 측정 사진2-22.2-22.2-22.2-22.

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시험 결과시험 결과시험 결과시험 결과----

다음시험 결과와 같이 고장시료는 발생하지 않았다.

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

에 대하여 고장 메커니즘 및 열화특성을 확인하기 위한Chip Common Mode Filter

예비시험을 실시하였고 이 결과에 따라 가속수명시험을 실시하여 온습도 및 전압, ,

에 따른 가속수명 시험방법을 개발하였다 발생 고장의 원인을 분석하고 제품 구조. ,

를 변경하여 재현 시험을 실시하였다 세부 사항은 다음과 같다, . .

전압 가속 시험을 통한 가속수명 시험 방법 개발전압 가속 시험을 통한 가속수명 시험 방법 개발전압 가속 시험을 통한 가속수명 시험 방법 개발전압 가속 시험을 통한 가속수명 시험 방법 개발1.1.1.1.

온 습도를 고정하고 가지 인가전압 조건 정격의 정격의(85 , 85 %R.H.), 3 ( 30%,ㆍ ℃

정격의 으로 가속수명 시험을 실시하였다 그 결과60%, 120 %) . , Chip Common

의 경우 전압에 따른 가속성이 존재하며 수명 스트레스 관계는 역 자Mode Filter , , -

승 모델에 따라 모델링 될 수 있음을 확인하였으나 전압가변에 따른 가속계수는,

시험조건 정격의 정격의 정격의 에서는 크지 않은 수준임을 확( 30%, 60 %, 120 %)

인하였다.

온습도 가속시험을 통한 가속수명 시험 방법 개발온습도 가속시험을 통한 가속수명 시험 방법 개발온습도 가속시험을 통한 가속수명 시험 방법 개발온습도 가속시험을 통한 가속수명 시험 방법 개발2.2.2.2.

인가전압을 고정하고 정격의 가지 온 습도 조건( 120 %.), 3 (40 /95 %R.H., 60ㆍ ℃

으로 가속수명 시험을 실시하였다 그 결과/95%R.H., 85 /85 %R.H.) . , Chip℃ ℃

의 경우 수증기압에 따른 가속성이 존재하며 수명 스트레스Common Mode Filter , , -

관계는 역 자승 모델에 따라 모델링 될 수 있음을 확인하였다 개발된 가속모델을.

활용하여 정상 사용조건 에서의 특성수명은 신뢰수준 에서, (25 , 60 %R.H.) 60 %℃

B10수명은 으로 예측되었다 기준52 746 h . (1-sided lower limit )

가속수명 시험 기준 개발가속수명 시험 기준 개발가속수명 시험 기준 개발가속수명 시험 기준 개발3.3.3.3.

개발된 가속모델을 활용하여 현 시험시간 을 단축시킬 수 있는 가속 수명, (750 h)

시험 기준 을 개발하였다(100 h) .

구분 시험항목 시험조건 시료 수허용

고장 수특성수명 신뢰수준

가속수명

시험

고온고습

시험

60 , 95 %R.H.℃

100 h

정격전압의 120 %

10 0 50 000h 60%

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고장원인 분석 및 개선고장원인 분석 및 개선고장원인 분석 및 개선고장원인 분석 및 개선4.4.4.4.

절연저항의 저하현상이 외부의 습기가 칩 의 내부로 침투되어 단자 간 단락으(Chip)

로 인하여 발생되는 것으로 분석되었다 이에 대한 개선 방안으로. ,

적층 장 수 감소 및 내부구조 변경을 통해 내부전극의 회로 구조- (stacked layer)

를 변경하여 세라믹 전극의 적층 장수를 줄였으며 단자별 위치도 변경하(Ceramic) ,

여 단자별 절연성을 향상시킨다.

칩의 표면을 성분으로 처리하여 내습 조건에서도 습기가 칩의 내- Glass Coating

부로 침투되지 않도록 보완하였다.

개선 시료에 대한 재현 시험을 통해 제품의 신뢰성을 확인하였다.

상기 사항을 제품의 신뢰성을 향상시켰으며 신제품 개발시간 단축을 매출의 향상,

을 기대할 수 있다.

Date post:	30-Aug-2019
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