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  빈도가속 개념도

• 1) 빈도가속은 가속요인으로 정상 사용조건 보다 더 높은 사용 빈도를 수행하는 방법으로 시험품의 사용시간과 on/0ff 동작의 빈도수를 높여 평가하는 방식으로 정속시험 보다 시험 시간을 줄이는 방식이다.

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  스트레스 가속 개념도

• 2) 스트레스 가속은 시험품의 고장원인과 고장유형을 분석하여 고장 메커니즘을 가속시킬 수 있는 인자 예를 들어 온도, 전압, 온도 사이클을 사용하여 고장을 짧은 시간 내에 발생시킨 후 수명과 스트레스 인자 사이의 통계적 관계식을 이용하여 높은 수준의 스트레스 에서 수명 데이터를 정상 사용 조건으로 환산하여 평가하는 방식이다.

3) 판정가속은 시험품의 고장 판정기순을 바꾸어 평가하는 방법으로 크게 두 가지가 있는데 파국고장과 열화고장이 있다. 파국고장은 정상적이던 시험품이 갑자기 기능을 수행하지 못하게 단선, 단락 등의 고장 형태가 되고, 열화 고장은 제품 사용 시간이 지남에 따라 고장 판정 기준만큼 열화되어 고장 판정되는 평가 방식이다. 이 경우 고장판정을 더 빨리 결정하도록 고장 판정기준을 바꾸어 적용하는 평가 방식이다.

가속수명시험의 목적은 필드에서 발생하는 고장형태를 재현하면서 고장 나는 시간만을 단축시키는 것이므로 필드에서 발생하는 고장형태를 먼저 파악하여야 한다. 제품의 고장형태에 따라서 가속 방법이 달라지기 때문에 가속수명시험을 개발하기 위해서는 제품의 고장형태 조사가 선행되어야 한다.

가속시험을 실시하고자 하는 대상 제품이 커패시터나 저항 같은 부품이 아니고 여러 가지 부품이 결합된 제품인 경우 필드에서 일어나는 고장형태와 함께 고장이 발생하는 주요 부위를 파악하여야 한다. 어느 부위에서 고장이 발생하는지를 알아야 그 부위에 초점을 맞추어 가속을 어떻게 할 것인지 설계를 한다. 고장 부위를 정확히 알지 못하고 시험을 하는 경우 필드에서 주로 고장이 발생하는 부위 이외의 장소에서 고장이 가속되어 필드 고장을 재현하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

고장 발생을 가속시킨다는 것을 정확히 표현하면 고장 메커니즘을 가속시킨다는 것이다. 고장이 어떤 현상을 거쳐서 발생하게 되는지 파악이 되어야 가속을 어떻게 할 것인지를 설계할 수 있다. 예를 들어 세라믹 히터의 경우 세라믹 소결체의 성형시 성분의 불량, 소결시 압력 및 온도의 영향으로 기공의 발생으로 소결체 강도 약화와 세라믹과 금속의 접합에 불순물 및 습기의 유입과 과도한 확산으로 접합성능이 약하여 고장이 많이 발생하는데, 이와 같은 경우 전압 또는 전류 온도 사이클이 고장을 가속시킬 수 있는 효과적인 스트레스 인자가 될 수 있다.

대상 제품의 고장형태, 고장부위, 고장메커니즘이 파악되면 이들 정보를 바탕으로 고장을 가속시키는데 효과적인 스트레스를 선정한다. 가속 스트레스는 무엇보다도 고장메커니즘에 가장 밀접한 관계가 있는데 대표적인 고장메커니즘과 가속스트레스로서 다음과 같은 것들이 있다.

가속스트레스가 결정된 후에는 시험을 어떤 수준 들에서 실시한 것인지 결정한다. 일반적으로 한 종류의 스트레스를 사용하여 가속하는 경우 3수준에서 시험을 실시하고, 시험을 여러 수준에서 실시할 수 없는 경우 적어도 2수준에서는 시험을 하여야 가속모델을 추정할 수 있다. 시험할 스트레스 수준을 결정하는 부분에 있어서는 무엇보다도 가장 높은 스트레스 수준을 어떻게 결정하는가가 가장 어렵고 중요하다. 스트레스 수준을 높게 결정할수록 가속효과는 더 커지겠지만 정상 사용조건과 고장메커니즘이 달라질 가능성도 또한 커지게 된다. 가장 높은 스트레스 수준은 일반적으로 구성 재료의 특성에 좌우되는데 구성 재료의 특성에 대한 정보가 없는 경우에는 예비시험을 통하여 높일 수 있는 한계 스트레스 수준을 결정한다. 한계 스트레스 수준이 결정되면 한계 스트레스 수준을 포함한 한계 스트레스 수준과 정상 사용조건 사이의 적정한 스트레스 수준들을 선택하여 시험을 실시한다. 이 때 스트레스 수준들 사이에는 충분한 차이를 주어 스트레스 수준들 사이에 가속효과가 다르게 나타날 수 있도록 한다.

고장형태와 관련하여 제품의 고장 여부를 판단하기 위하여 어떤 측정항목을 측정하여야 하는지 결정하여야 한다. 특히, 제품의 특성이 열화되어 고장이 발생하는 경우 열화되는 특성을 모델링함으로써 판정가속을 통하여 시험시간을 단축할 수 있고, 고장이 발생하는 전조를 발견할 수 있어 고장 발생을 미리 방지할 수도 있으므로 의미 있는 정보를 즉, 측정항목을 선택하여야 한다.

측정항목이 결정되면 측정항목을 시험 중에 어떻게 측정할 것인지 결정하여야 한다. 가장 바람직한 것은 연속적으로 측정항목의 변화를 모니터링하는 것이 좋으나 시험장비 준비가 복잡해지고 시험비용이 높아진다. 특성 값이 순간적으로 변화하는 것을 확인하여야 한다거나 정확한 고장시간을 알아야 하는 경우가 아니면 일정한 측정시간을 정해놓고 측정항목을 측정하는 것이 시험에 소요되는 비용과 시험 준비에 소요되는 시간 및 노력을 줄일 수 있다.

시험시간은 길면 길수록 많은 정보를 얻을 수 있으나 일반적으로 시간에 제약을 받으므로 각 스트레스 수준에서 최소한 3개의 고장데이터가 얻어질 때까지 시험하는 것이 바람직하다. 각 스트레스 수준에서 3개 이상의 고장이 발생하여야 각 스트레스 수준에서의 수명분포 적합성을 판단해 볼 수 있다.

시료도 많으면 많을수록 많은 정보를 얻을 수 있으나 시험할 수 있는 시료의 수에 제약이 있는 경우가 있으므로 무조건 많은 수의 시료를 시험할 수는 없지만 가능한 각 스트레스 수준에서 5개 이상의 시료를 시험하는 것이 바람직하다.

시료를 선정할 때 시험목적에 따라서 선정기준이 달라진다. 제조공정이 안정되어 제품의 산포가 크지 않은 상황에서 제품의 수명을 평가하고자 하는 경우 공정에서 시험품을 무작위로 뽑아서 시험하는 것이 바람직하지만, 개발 제품에 대하여 수명을 평가한다거나 제조공정에서 제품의 산포가 큰 상황에서 제품 수명에 대한 대표값을 산출하고자 하는 경우 시료는 가능한 이상 시료가 포함되지 않은 일반적인 특성을 갖는 시료들을 선택하는 것이 바람직하다.

시험을 실시하기 전에 시험 결과에 영향을 미칠 요소들에 대한 관리가 필요하다. 시험하는 목적에 따라서 시험실의 온도 변화나 시험기에 입력되는 전압 산포 등과 같은 요인이 시험결과에 어떻게 영향을 미칠지 파악하여 필요한 조치를 취하여야 한다.

시험을 시작하게 되면 정기적으로 시험 진행 상황을 파악하여 이상 여부를 확인하고, 문제가 발생하는 경우 발생시간, 문제점, 조치 내용 등을 기록하여 시험결과를 분석할 때 참고가 되도록 한다.

앞에서 설명한 바와 같이 가속수명시험을 실시하여 가속모델이 추정되었으면 이 후 시험에서는 가장 시험시간을 단축할 수 있는 가속조건에서만 시험한 후 추정된 가속모델로부터 계산 가능한 가속계수를 이용하여 정상 사용조건에서의 수명을 평가한다.