항공우주 및 자동차 전자제품을 위한 열충격 시험

전자 어셈블리는 단일하고 일정한 온도 때문에 고장 나는 경우가 드뭅니다. 온도가 빠르게 변하기 때문에, 그리고 함께 접합된 두 재료가 서로 다른 비율로 팽창하기 때문에 고장 납니다. 열충격 시험은 이러한 약점을 현장이 아닌 실험실에서 노출시키기 위해 존재합니다.

이 글에서는 열충격 뒤에 있는 물리적 원리, 이를 규정하는 표준, 그리고 엔지니어가 챔버를 지정할 때 저울질해야 할 실질적인 사항들을 설명합니다.

열충격이 실제로 시험하는 것

열충격 시험은 피시험체(DUT)를 짧은 시간에 두 온도 극한 사이로 이동시키며, 일반적으로 단일 챔버를 램프하는 방식이 아니라 DUT를 고온 영역과 저온 영역 사이로 이송하는 방식으로 이루어집니다. 그 목적은 어셈블리 전체에 급격한 열 구배를 부과하는 것입니다.

서로 다른 재료는 서로 다른 열팽창 계수(CTE)를 가지므로, 급격한 온도 변화는 모든 계면, 즉 솔더 조인트, 와이어 본드, 다이 접합, 포팅 컴파운드, 커넥터 핀, 하우징 실(seal)에서 차등 변형을 일으킵니다. 반복적인 사이클링은 균열이 개시될 때까지 피로를 통해 손상을 축적합니다.

가장 중요한 두 가지 메커니즘은 다음과 같습니다:

• CTE 불일치 피로 — 솔더 조인트와 본드 와이어의 지배적인 고장 모드입니다.
• 열 구배 응력 — 빠른 표면-코어 구배는 기판, 유리 실, 세라믹 패키지를 휘게 하거나 균열을 일으킬 수 있습니다.

이것이 열충격이 느린 온도 사이클링 시험과 구별되는 이유입니다. 둘 다 유용하지만, 서로 다른 것을 스트레스로 가합니다. 느린 램프 시험은 크리프와 확산 기반 마모를 드러내는 데 더 적합하고, 충격 시험은 취성 파괴와 계면 박리를 드러내는 데 더 적합합니다.

시험을 정의하는 표준

대부분의 프로그램은 다음 중 하나 이상을 참조합니다. 정확한 프로파일, 즉 소크 시간, 이송 시간, 드웰, 사이클 수는 항상 챔버 공급업체가 아니라 governing specification에서 나와야 합니다.

• IEC 60068-2-14 — 점진적 방법과 충격 방법(Na, Nb, Nc)을 모두 포함하는 온도 변화에 대한 기본 국제 표준입니다.
• MIL-STD-810 — 환경 공학 고려사항 및 실험실 시험으로, 방위 및 항공우주 프로그램에서 널리 사용됩니다.
• GJB 150A — 중국 군사 환경 시험 시리즈로, 국내 항공우주 및 방위 작업에서 자주 참조됩니다.
• JEDEC JESD22-A104 — 반도체 소자의 온도 사이클링으로, 부품 수준 인증을 위한 프로파일이 정의되어 있습니다.
• IEC 60068-2-1 / -2-2 — 저온 및 건열로, 보다 광범위한 인증 계획의 일부로 충격과 함께 실행되는 경우가 많습니다.
• ASTM 및 UL — 여러 조건 중 하나로 열충격을 명시할 수 있는 재료 및 제품 수준 표준입니다.

흔한 혼동 지점: 공기 대 공기 충격, 액체 대 액체 충격, 그리고 2챔버 대 3챔버 설계는 모두 서로 다른 이송 특성을 생성합니다. 2챔버 시스템은 바스켓을 고온 챔버와 저온 챔버 사이로 이동시키고, 3챔버 시스템은 별도의 상온 드웰 위치를 유지합니다. 이 선택은 회복 시간과 지정된 프로파일을 얼마나 근접하게 유지할 수 있는지에 영향을 미칩니다.

항공우주와 자동차: 다른 동인, 같은 물리

항공우주 전자제품은 극단적인 주변 온도 변화, 즉 고온에서의 지상 소크, 고도에서의 저온 소크로의 급속 상승, 그리고 하강 중의 복사 가열을 겪습니다. 항공전자 LRU, 위성 부품, 탑재체 전자장치는 일반적으로 MIL-STD-810 또는 동등 표준으로 인증되며, 충격 시험은 비행 전 제조 결함을 선별하는 데 사용됩니다. 저압 및 열진공 조건은 종종 온도 프로파일과 함께 수반되므로, 고도 및 열진공 챔버가 동일한 인증 흐름의 일부인 경우가 많습니다.

자동차 전자제품은 다르지만 똑같이 가혹한 프로파일에 직면합니다. 언더후드 모듈은 매 주행 사이클마다 저온 소크와 엔진룸 열 사이를 사이클링합니다. 캐빈 전자제품은 태양 복사 부하를 받습니다. 구동 및 배터리 관리를 위한 전력 전자장치는 주변 온도 변화 위에 급격한 자체 발열 구배를 겪습니다. 자동차 인증 프레임워크는 일반적으로 온도 충격을 습도, 진동, 전압 극한과 결합합니다.

두 산업 모두에서 목표는 동일합니다: 고객보다 먼저 약한 계면을 찾는 것입니다. 부품 및 모듈 수준에서의 선별은 필드 반환보다 훨씬 저렴합니다.

실질적인 선택 포인트

열충격 챔버를 지정할 때, 장비가 실제로 프로그램에 적합한지를 가장 자주 결정하는 질문들은 다음과 같습니다.

온도 범위와 회복. -75 °C ~ +200 °C와 같은 넓은 범위는 대부분의 항공우주 및 자동차 요구사항을 충족합니다. 설정값보다 더 중요한 것은 회복 시간, 즉 이송 후 DUT가 지정된 온도로 얼마나 빨리 돌아오는가입니다. 느린 회복은 모든 사이클을 늘리고 프로파일을 무효화할 수 있습니다.

이송 메커니즘과 드웰. 바스켓 이송 시간, 드웰 지속 시간, 그리고 시험 중 DUT에 전원이 공급되고 모니터링되는지 여부는 모두 결과에 영향을 미칩니다. 많은 프로그램은 간헐적 단선을 발생 시 포착하기 위해 인시추 전기 모니터링을 요구합니다.

부하 질량과 고정구. 무부하에서 주어진 회복 시간으로 정격된 챔버는 무거운 고정구와 실장된 DUT에서는 다르게 작동합니다. 항상 실제 부하에서의 회복을 지정하십시오.

공기 대 액체. 공기 대 공기는 보드와 모듈에 일반적인 선택입니다. 액체 대 액체는 더 빠른 구배가 요구되는 경우, 일반적으로 부품 수준에서 사용됩니다.

다른 스트레스와의 통합. 인증 계획에 진동이나 습도가 포함된다면, 온습도-진동 복합 챔버 또는 온습도-고도 챔버가 개별 시험을 실행하는 것보다 취급을 줄이고 반복성을 향상시킬 수 있습니다.

표준 준수와 추적성. 챔버의 제어 및 모니터링 시스템이 품질 시스템에서 요구하는 기록을 생성할 수 있는지, 그리고 교정이 추적 가능한지 확인하십시오. 공급업체 수준의 ISO 9001 프로세스는 일관성의 합리적인 기준 지표입니다.

전체 인증 흐름을 설계하는 팀에게는 시험 순서를 개별 시험의 목록이 아니라 시스템으로 바라보는 것이 도움이 됩니다. 저희 applications 섹션에서는 온도, 습도, 고도, 진동, 부식 스트레스가 항공우주, 자동차, 반도체, 배터리 프로그램 전반에서 일반적으로 어떻게 결합되는지 설명하고, projects 섹션에서는 각 단계를 지원하는 장비 범주를 보여줍니다. 프로파일 자체를 아직 정의 중이라면, tech 노트에서 기반이 되는 측정 및 제어 원리를 다루고, solutions 페이지에서는 제품 이름이 아니라 시험 목적별로 장비를 분류합니다.

요약

열충격 시험은 온도 시험으로 위장한 피로 시험입니다. 온도 극한도 중요하지만, 이송 속도, 회복 시간, 드웰, 부하 조건이 시험이 실제로 관심 있는 고장 모드를 재현하는지를 결정합니다. governing standard에서 시작하여 실제 부하에서 프로파일을 정의하고, 헤드라인 범위만이 아니라 회복 성능을 기준으로 장비를 선택하십시오. 항공우주 및 자동차 프로그램의 경우, 열충격을 습도, 고도, 진동, 부식과 함께 연결된 인증 흐름의 한 노드로 취급하는 것이 각 스트레스를 개별적으로 실행하는 것보다 더 유용한 데이터를 생성합니다.

특정 표준이나 프로파일에 챔버를 맞추는 것에 대한 질문이 있으신가요? 저희 contact 페이지를 통해 연락해 주시면 저희 엔지니어가 요구사항을 함께 검토해 드릴 수 있습니다.