현대 모비스 면접 준비 3 (전장부품 신뢰성 저하)

전장부품 신뢰성 저하

 

전장부품

최근 자율주행 자동차와 친환경 자동차의 관심이 높아짐에 따라 차량용 반도체 탑재 비중이 지속적으로 증가해, 자동차에서 전장부품은 상당히 중요한 부분을 차지하고 있다. 전문가의 예상에 따르면 앞으로 차세대 차량에 적용되는 부품 중 전장부품의 비중이 최대 70%까지 증가할 것이라고 전망하였다. 이에따라 자연스럽게 전장부품의 기능과 역할은 고도화되어 가고 있다.

 

현재는 전장부품 시장이 성장중이기 때문에 기능 개발에 초점이 맞추어져 있다. 앞으로 차세대 차량의 인지, 판단, 제어에 대한 기술개발이 어느정도 완성되면, 이후에는 기능 개발보다는 전장부품의 신뢰성에 집중된 개발이 이루어질것이다. 전장부품도 결국 탑승자의 안전이 확보되어야 하는 차량부품 중 하나이기 때문이다.

 

이에 전장부품은 가혹한 차량 운행 조건 하에서 수년간의 자동차 품질 보증 서비스 기간 내내 신뢰성 및 내구성을 보장해야 한다.

 

 

전장부품의 신뢰성 저하 요인

(1) 솔더 접합부의 균열

전장부품은 PCB기판 위에 반도체 및 소자가 실장되는 형태로 제작된다. 이때 칩과 PCB기판 사이의 열팽창계수 차이가 발생하게 된다. 이는 점차 소형화되는 칩으로 인해 칩의 열팽창계수가 작아져 격차가 더 커지고 있다.

 

이런 열팽창계수 차이는 실장공정인 고온 솔더링 공정 후 쿨링 과정에서 솔더 접합부의 균열이나 접합불량을 초래할 수 있다. 또한, 차량 운행 환경 조건인 -40~125도 사이에서 온도변화에 따라 인장과 압축력을 받으면서 피로파괴로 이어질 수 있다.

 

따라서 모빌리티 전장부품의 경량화, 소형화로 차량 반도체 패키지를 사용할 경우 솔더 접합부의 균열로 인해 차량 전장부품 신뢰성 문제를 야기할 수 있다.

솔더 접합부 균열

(2) 열과 습도

자동차의 동작 환경에 따라 온도와 습도, 빗물, 부식으로 인한 신뢰성 저하 요인이 있다. 차량에 탑재되는 전장부품이 다기능, 고출력, 고집적, 소형화되면서 디바이스의 작동온도는 최대 400도까지 예상되고 있다. 실제 전자부품의 고장 중 약 56%는 과도한 발열이 원인이기 때문에 전장부품에서 열 방출이 잘되지 않는 문제는 신뢰성에 심각한 문제를 줄 수 있다.

 

엔진이나 모터 등 차량에서 가해지는 열과 반도체 작동온도로 급격하게 온도가 급증하면 솔더 접합부의 이종재료간의 고상 확산으로 이어질 수 있다. 이는 물리적 특성과 전기적 특성의 저하를 가져오므로 신뢰성을 저하시키는 요인으로 작용한다.

 

습도는 전장부품 표면에 결로를 발생시키고 이에 따라 전장부품 전극의 부식 발생률을 높여 전장부품의 신뢰성을 저하시키는 요인이 된다.

 

 

(3) 진동

도로주행과 엔진 진동으로 차량 바디에 장착된 전장부품에 진동의 영향을 준다. 이러한 자동차의 진동 환경에서 전장부품 사용 증가는 전장부품 및 전자패키지의 진동에 의한 신뢰성 저하를 발생시킨다. 이를 분석하기 위해서는 정확한 내구성 수명 시험을 통해 신뢰성 및 수명 측정이 필요하다.

 

 

 

전장부품의 신뢰성 향상을 위한 '가속수명시험'

전장부품의 신뢰성 평가를 위해 실제 제품 기반의 연속 사용을 통해 신뢰성 평가를 진행할 수 없기 때문에 시간 단축을 목적으로 인가되는 스트레스 요인과 신뢰성 저하 요인을 사용 수준보다 높은 조건으로 인가하여 고장 시간을 단축시키는 '가속수명시험' 방법을 사용한다.

 

정성적 가속시험(qualitative accelerated test) : 가속시험을 통해 제품 성능 불량을 확인하고 예측하는 시험으로, 동작범위 이상의 외부 요인을 인가하여 제품에서 발생할 수 있는 결함을 검출하는 시험법이다. 이 방법을 통해 얻은 검출된 결함을 바탕으로 제품의 신뢰성 향상을 이룰 수 있다.

 

정량적 가속시험(quantitative accelerated test) : 시험을 통해 확보된 고장 데이터 또는 실제 사용 중에 나타난 고장 데이터를 바탕으로 신뢰성을 분석하고 평가하는 시험방법으로 고장 발생 분포와 빈도를 수량화 하고 이를 토대로 얻어진 스트레스로 가속수명 시험을 수행하여, 실제 환경에 고장 발생 까지의 시간을 예측하는 방법이다.

 

복합가속수명시험 : 하나의 스트레스(가속변수)뿐만 아니라 복합적인 스트레스를 인가해 전장부품의 정량적인 수명 예측 및 신뢰성 평가를 수행할 수 있다.

 

 

 

 

* 참고 - '모빌리티 분야의 전장부품 신뢰성 평가 및 가속수명시험', 강민수