전압가속에 의한 MLCC의 가속열화시험 설계 및 신뢰성 해석
A study on the Design & Analysis of the MLCC reliability based on Voltage-Accelerated Degradation Test
- 발행기관 亞洲大學校 大學院
- 지도교수 金光燮
- 발행년도 2005
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 산업대학원 산업시스템공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
가속열화시험은 가속수명시험시에 고장 개수가 적거나 심지어 고장이 발생하지 않는 경우에도 부품의 신뢰성을 평가할 수 있는 유용한 수단이 되고 있다. 본 연구에서는, 능동소자로 높은 유전용량을 갖는 적층 세라믹 콘덴서(X7R -55℃ ~ 125℃)에 대한 가속열화시험을 실시하고, 정격온도의 최대치에서 가속 배율의 전압을 인가하여 특성치의 단순선형회귀에 의한 특성치의 경시변화를 설명한다고 가정하였다. MLCC의 실제 고장메커니즘을 분석하여 최적의 가속열화시험을 설계 시험하는 방법을 제시하였다. 특히 절연저항 특성치의 열화패턴에 대해서 최소제곱법을 적용하여 시료가 대수정규분포를 따를 때의 열화량을 설명한 후, 특성치-시간간의 선형관계 및 대수정규분포의 독립성을 검정하여 가정의 적절성을 검정하였다. 열화 모델은 Eyring에 의한 Black의 방정식을 만족하였으며, 조속한 열화를 유발하기 위하여 타 제조사 동종 아이템의 온도 스트레스에 대한 모수를 활용하였다. 아이링모델에 의한 평균수명을 평가하였으며, 온도와 전압에 의한 복합 스트레스 열화시험에서 MLCC의 절연저항 특성이 유의한 열화 패턴을 가짐을 보였으며, MLCC의 고장메커니즘에 기반을 둔 가속열화시험을 설계하여 수명을 예측하였다. 종래의 절연저항에 대한 열화는 온도 스트레스에 영향을 받는 것으로 알려져 있으나 사용조건 최고온도에서 전압가속시 뚜렷한 열화패턴을 보이는 것을 알 수 있었다. 가속열화시험의 결과로 기존의 Grain boundary모델과 산소공공의 전해질 migration 모델에서 제시하고 있는 전압(높은 전기장)에 의한 열화모델을 확인할 수 있었다. 향후 MLCC와 같은 적층형 세라믹 유전체를 사용하는 제품에 있어서는 절연저항의 가속인자로 전압가속의 유효성을 입증하였다.
more초록/요약
Accelerated degradation test (ADT) can be a useful tool for assessing the reliability when few or even no failure are expected in an accelerated life test. In this paper, MLCC (Multilayer Ceramic Capacitors), a sort of passive components which have large capacitance(X7R -55℃~125℃) have been tested, and least-square analyses are used to illustrate our approach in which amount of degradation of a DUT following log-normal distribution. We assumed a simple and useful linear model to describe the amount of degradation over time subjected to different voltage levels applied. Tests for linearity of the performance-time relationship, and provide tests for how well the assumptions hold. Also, by using Eyring Model, MLCC's mean life time is assessed. Also, We tested MLCC by Voltage accelerated On-Off test. and analyzed degradation data with log-normal - General log-linear model suggested by Lu and Meeker's Fatigue-Crack-Growth Model.
more목차
목차
Ⅰ. 서론 = 1
1.1 연구의 목적 및 배경 = 1
1.2 연구의 범위 및 내용 = 3
Ⅱ. 가속열화시험에 대한 이론적 고찰 = 4
2.1. 가속열화시험 = 4
2.2. MLCC의 구조와 특성 = 6
2.2.1 Ceramic 커패시터의 특성 = 7
2.2.2 시험대상 MLCC = 9
2.3. MLCC의 고장메커니즘 = 10
2.3.1. Migration = 13
2.3.2. Oxygen vacancy generation = 14
2.3.3. Reduction of Grain Boundary barrier height = 15
2.4. 열화량에 영향을 주는 인자 = 15
2.5. 가속스트레스 선정 이유 = 18
Ⅲ. 가속열화시험 설계 = 18
3.1 가속열화시험 설계 절차 = 18
3.2 시료의 선정 = 19
3.3 측정항목 및 고장기준 = 20
3.3.1. 성능특성치의 측정시 유의사항 = 22
3.3.2. 실시간 측정 항목 = 24
3.4. 시료의 시험항목 및 측정결과 = 25
3.5. 지그의 구성 = 27
3.6. 가속열화시험의 설계 = 31
3.7. 가속인자의 선정 = 32
Ⅳ. 추가 On-Off Test 및 열화데이터분석 = 33
4.1. 추가 보완시험 = 33
4.2. 절연저항 IR(Insulation Resistance) 열화의 원인 = 34
4.3. 가속열화모델의 선정 = 34
4.4. 열화데이터의 분석 = 36
4.4.1 선형관계(Linearity) 검정 = 37
4.5 On-Off test에 의한 열화경향 = 44
Ⅴ. 결론 = 46
참고문헌 = 48
Abstract = 50
