전압가속에 의한 MLCC의 가속열화시험 설계 및 신뢰성 해석

Abstract

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.