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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 ECSS 규격과 MIL-STD-883을 기초하여 상업용 집적회로부품 신뢰성 검증을 위한 스크린 시험절차와 방법에 대해 제안하였다.
제안 방법
- 시험 전 초기 특성측정과 외관검사는 20개를 실시하였다. 검사 후 20개의 시료 중 10개 시료를 선정하여 환경시험, 번인시험, 그리고 수명시험을 연속으로 실시하였다. 시험시료 수의 결정은 우주용 집적회로 스크린 요구조건에 맞추어 결정하였다.
- 온도 싸이클 시험은 Votsch사의 열 충격시험기가 사용되었으며 충격시험은 Lansmot 사의 M-23 장비를 사용 하였다. 그리고 번인과 수명시험은 ACS 사의 항온항습 장비를 이용하였다.
- 전기, 전자, 전기기계식 부품(Electrical, Electronic, and Electro mechanical)에 대한 신뢰성 검증시험은 시험 대상에 따라 전수 또는 표본 시험으로 구분하고 있다. 그리고 시험목적에 따라 스크린(Screening) 시험과 인증시험(Qualification Test)을 실시한다. 여기에서, 스크린 시험목적은 상업용 우수한 전자부품을 선별하여 신뢰성을 검증하는 시험이다.
- 상업용 집적회로부품을 선별하고 신뢰성검증을 위한 스크린 시험을 설계하였다. 그리고 플라스틱 패키지 형태의 Linear Bipolar 집적회로 3 종에 대하여 스크린 시험을 실시하였다.
- 패키징 이후의 전기적 특성측정과 신뢰성시험은 부품 사용에 대한 승인을 위해 필요한 항목이다. 따라서 상업용 집적회로부품을 선별하고 신뢰성검증을 위한 스크린 시험은 완제품 중심으로 설계하였다. 상업용 집적회로부품에 대한 스크린 시험규격과 절차는 Table 3과 같다.
- 집적회로 중 Linear Bipolar, MOS, CMOS 제품의 정상상태 번인시험 환경은 125℃ 설정을 명시하고 있다[9]. 번인시험 후 측정은 전압을 분리한 후 25℃ 조건에서 96 시간이내에 전기적 특성이 측정되었다. 시험전압을 분리하기 전에 외부 온도는 전원이 안정된 상태에서 10℃ 이내로 서서히 내려 시험 부품에 영향이 없도록 하였다.
- 상업용 집적회로부품을 선별하고 신뢰성검증을 위한 스크린 시험을 설계하였다. 그리고 플라스틱 패키지 형태의 Linear Bipolar 집적회로 3 종에 대하여 스크린 시험을 실시하였다.
- 스크린 시험 전과 환경시험, 번인 그리고 수명시험 후 실체 현미경을 이용하여 10× 배율로 검사하였다.
- 충격은 동작특성을 방해하거나 유사 손상을 발생할 수 있다. 시험은 1,500g 수준에서 0.5 ms 진행하며 총 5회 기계적 충격을 인가하였다. Fig.
- 은 밀봉 집적회로와 플라스틱 집적회로에 대한 패키지 내구성 실험을 진행하였다. 실험은 DIP(Dual In-line Package)를 대상으로 온도 사이클(Temperature Cycling)과 온도, 습도, 전압(Temperature Humidity Bias)실험을 실시하였다. 실험결과 플라스틱 패키지의 고장률이 기존 20년 이상의 수명이 추정되는 밀봉 패키지와 동등한 것으로 나타났다[3].
- Lloyd Condra et al. 은 밀봉 집적회로와 플라스틱 집적회로에 대한 패키지 내구성 실험을 진행하였다. 실험은 DIP(Dual In-line Package)를 대상으로 온도 사이클(Temperature Cycling)과 온도, 습도, 전압(Temperature Humidity Bias)실험을 실시하였다.
- 집적회로부품의 전기적 특성측정은 시험부품의 규격을 기준으로 실시하였다. 전기적 특성측정 항목은 DC 전압 및 전류 그리고 출력 전압 등을 측정하였다. 전기적 특성측정은 스크린 시험 전, 후 측정되었다.
- 정상상태 수명시험은 품질에 대한 검증 또는 장기 사용기간 동안 규정된 조건에서 부품의 신뢰성을 검증하기 위한 시험이다. 집적회로부품에 대한 신뢰성 수준을 확인하기 위해 전기적 부하 그리고 전압 등 부품의 최대동작 조건에서 시험을 진행하였다. 쳄버온도는 125℃로 설정 하였으며, 1,000시간 시험하였다.
- 집적회로부품의 전기적 특성측정은 시험부품의 규격을 기준으로 실시하였다. 전기적 특성측정 항목은 DC 전압 및 전류 그리고 출력 전압 등을 측정하였다.
대상 데이터
- 상업용 집적회로부품을 선별하고 신뢰성 검증을 위한 스크린 시험시료는 일반 부품 대리점을 통해 Table 4와 같이 TI 사의 Linear Bipolar 집적회로를 구입하였다. Bipolar 집적회로는 아날로그(Analogue) 반도체 제조공정을 이용한 집적회로로 항공, 우주 부품에 많이 사용된다.
- 시험 항목별 시료는 Table 5와 같이 초기 특성 측정과 외관검사를 위해 랜덤하게 선정하였다. 시험 전 초기 특성측정과 외관검사는 20개를 실시하였다. 검사 후 20개의 시료 중 10개 시료를 선정하여 환경시험, 번인시험, 그리고 수명시험을 연속으로 실시하였다.
이론/모형
- 우주, 군용 시스템 등과 같은 고 신뢰성 전자장비에 사용되는 집적회로 부품에 대한 시험은 미국 국방표준규격(Military Specification and Standard)의 MIL-STD-883 기준을 적용하고 있다. 특별하게, 집적회로 부품의 우주용 시스템 적용과 군 응용에 대한 성능과 신뢰성 검증은 MIL-STD-883 Method 5004. 스크린 절차에서 Table 1과 같이 기술하고 있다[8].
성능/효과
- 전기적 특성측정은 스크린 시험 전, 후 측정되었다. 시험 후 전기적 특성변화에 대한 검토결과 시험부품의 규격에 모두 만족하였다.
- 실험은 DIP(Dual In-line Package)를 대상으로 온도 사이클(Temperature Cycling)과 온도, 습도, 전압(Temperature Humidity Bias)실험을 실시하였다. 실험결과 플라스틱 패키지의 고장률이 기존 20년 이상의 수명이 추정되는 밀봉 패키지와 동등한 것으로 나타났다[3]. K.
후속연구
- 현재 상업용 집적회로 신뢰성검증을 위한 완제품 중심의 스크린 시험절차와 방법은 제안 단계이다. 향후 특수 환경에서의 전자 시스템 적용을 위해 응용 환경에서의 신뢰성 검증에 대한 연구가 필요하다.
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