HTOL(고온 동작 수명 시험)란?
고온에서 전압을 가한 채 제품을 장시간 동작시켜, 칩의 수명과 고장률을 가속하여 평가하는 신뢰성 시험. 125 °C 정도에서 1000시간이 대표적인 조건이다.
일본어 명칭: HTOL(高温動作寿命試験)
HTOL(고온 동작 수명 시험)은(는) 신뢰성 등 1개 분야의 연습 문제 3개에 나와요.
분야: 신뢰성
HTOL로 평가하는 것
HTOL은 high temperature operating life의 약자입니다. 제품을 고온에 두고 전원 전압과 입력 신호를 가한 채 장시간 동작시켜, 고장이 생기는지를 확인합니다. 온도와 전압이 열화를 가속하므로, 현장에서 수년 동안 사용한 것에 해당하는 스트레스를 짧은 시간에 가할 수 있습니다. 대상은 게이트 산화막의 경시 절연 파괴(TDDB), BTI에 의한 문턱 전압 변동, 배선의 일렉트로마이그레이션 같은 칩 자체의 열화와 잠재 결함입니다. 시험 중과 시험 후에 전기적 특성을 측정하여 특성 불량이나 기능 불량이 없는지 확인합니다.
대표적인 시험 조건
대표적인 조건은 접합 온도 125 °C 정도, 전원 전압은 최대 동작 전압이나 그보다 조금 높은 값, 시간은 1000시간입니다. 이러한 조건은 JEDEC 규격(JESD22 시리즈) 등에서 대표적이며, 차량용 AEC-Q100에서는 예를 들어 3로트에서 77개씩을 1000시간 시험하여 고장 0개를 요구하고, 온도 등급에 따라서는 더 높은 온도를 사용합니다. 소비 전력이 큰 제품은 자기 발열로 접합 온도가 지나치게 오를 수 있으므로, 오븐 온도를 낮추거나 소자마다 온도를 제어해 목표 온도에 맞춥니다. 168시간이나 500시간 같은 중간 시점에 꺼내어 측정하여 열화의 진행을 추적합니다.
HTOL과 번인·HAST의 차이
번인은 출하하는 제품의 전부 또는 다수에 짧은 시간 동안 고온·고전압 스트레스를 가해 초기 고장을 일으키기 쉬운 것을 제거하는 스크리닝입니다. HTOL은 샘플에 장시간 스트레스를 가해 설계와 제조 공정이 목표 수명과 고장률을 만족하는지 확인하는 인증 시험이며, 시험한 제품은 출하하지 않습니다. HAST는 습도와 압력을 더해 패키지의 내습성을 평가하는 시험으로, 건조한 고온에서 동작시키는 HTOL과는 대상 고장이 다릅니다. 초기 고장률은 HTOL보다 많은 수량을 짧은 시간 동작시키는 ELFR 시험 등으로 따로 평가합니다.
결과로부터 고장률 추정
HTOL의 결과는 아레니우스 모델로 온도 가속 계수를, 전압 모델로 전압 가속 계수를 추정하여 사용 조건에서의 시간으로 환산합니다. 예를 들어 활성화 에너지를 0.7 eV로 가정하면 125 °C에서의 1시간은 55 °C에서 약 80시간에 해당합니다. 고장 0개라는 결과로부터는 카이제곱 분포를 사용해 정한 신뢰 수준에서의 고장률 상한을 FIT로 구합니다. 다만 활성화 에너지는 고장 메커니즘마다 다르고 가정하는 값에 따라 결과가 크게 달라지므로, 얻은 수치는 추정값으로 다룹니다.
도전해 보기: HTOL(고온 동작 수명 시험) 관련 문제
제품을 고온에서 장시간 동작시켜 수명이나 고장률을 평가하는 대표적인 신뢰성 시험은?
- A온도 사이클 시험
- B고온 동작 수명 시험(HTOL)
- C낙하 시험
정답과 해설 보기
정답: B. 고온 동작 수명 시험(HTOL)
HTOL(High Temperature Operating Life) 시험은 제품을 125 ℃ 안팎의 고온에서 최대 동작 전압 또는 그보다 약간 높은 전압을 가해 장시간 동작시키며 고장 발생을 조사하는 시험입니다. 차량용 AEC-Q100에서는 3개 로트에서 77개씩을 1000시간 시험하여 고장 0을 요구합니다. 온도와 전압에 의한 가속을 이용하여 짧은 시험 시간으로 실사용에서의 수명이나 고장률을 추정합니다. 온도 사이클 시험은 접합의 피로, 낙하 시험은 충격에 대한 내성을 평가합니다.
스마트폰 등 휴대 기기에서 솔더 접합부의 신뢰성 평가로 특히 중시되는 시험은?
- AHTOL(고온 동작 수명 시험)
- BIDDQ 테스트
- C낙하 충격 시험
자주 묻는 질문
HTOL은 무엇의 약자인가요?
high temperature operating life의 약자입니다. 고온에서 전압을 가한 채 부품을 계속 동작시켜, 칩의 수명과 고장률을 가속하여 평가합니다.
HTOL과 번인은 무엇이 다른가요?
번인은 출하할 제품에서 초기 고장품을 제거하는 스크리닝으로, 많은 수량에 짧은 시간 가합니다. HTOL은 샘플로 장기 수명을 확인하는 인증 시험이며, 시험한 제품은 출하하지 않습니다.
HTOL 시험은 얼마나 오래 하나요?
1000시간이 일반적인 기준이며, 168시간이나 500시간 같은 중간 시점에서도 측정합니다. 온도, 전압, 시간은 적용하는 규격, 제품의 온도 등급, 고객과의 합의에 따라 정해집니다.
해설 속 HTOL(고온 동작 수명 시험)
HTOL(High Temperature Operating Life) 시험은 제품을 125 ℃ 안팎의 고온에서 최대 동작 전압 또는 그보다 약간 높은 전압을 가해 장시간 동작시키며 고장 발생을 조사하는 시험입니다.
제품을 고온에서 장시간 동작시켜 수명이나 고장률을 평가하는 대표적인 신뢰성 시험은?HTOL은 칩의 수명, IDDQ는 제조 결함 시험입니다.
스마트폰 등 휴대 기기에서 솔더 접합부의 신뢰성 평가로 특히 중시되는 시험은?TDDB·NBTI는 경시 열화, HTOL·HAST는 수명 가속 시험입니다.
ESD(정전기 방전) 내성을 평가하는 시험 모델에서, '대전된 사람이 IC 단자에 접촉했을 때의 방전'과 …
HTOL(고온 동작 수명 시험)이(가) 나오는 문제 (3)
관련 용어
AEC-Q100 온도 사이클 시험(Temperature Cycling) BGA 언더필(Underfill) ESD(정전기 방전) TDDB(경시 절연 파괴) NBTI(음바이어스 온도 불안정성) HAST(고가속 스트레스 시험) 고온 고습 바이어스 시험(THB) 고온 보존 시험(HTS)