정전용량식 습도센서의 가속 수명 시험

Abstract

최근 반도체 제조 기술의 발전으로 정전용량식 습도센서는 정확, 신뢰성, 안정성 그리고 비용의 뛰어난 조합을 이루게 되었으나 센서에 대한 국내의 신뢰성 평가에 관한 것은 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 정전용량식 습도센서에 대한 신뢰성 평가의 주요 요인들을 선정하였다. 다음 사항 즉, 가속 수명 시험 방법으로부터의 가속 계수 산출과 고장 메커니즘에 관해 집중적으로 다루고자 한다. 첫째, 일정한 시험 조건에서 가속 모델을 설정하고 이에 맞는 가속 수명 시험방법을 구하여 가속 계수를 산출하였다. 서로 다른 네 가지의 가속 수명 시험 조건에서 세 개의 미지수를 구하여 각 조건별 가속 계수를 산출하였다. 그리고 정상 사용 조건인 25 ℃, 55 %R.H. 에서의 평균수명을 예측하였다. 또한 수명 분포의 적합성과 모수 추정을 위하여 확률지 및 통계 프로그램을 이용하였다. 수명 분포를 대수 정규 분포로 가정하고 가속성을 구하여 수명-스트레스 관계를 분석하였다. 정전용량식 습도센서의 수명-스트레스 관계는 팩의 관계식(Peck's relationship)을 이용하였다. 둘째, 정전용량식 습도센서의 흡습현상(absorption)에 의한 열화 특성 사진을 현미경을 통하여 고장 메커니즘 분석과 열화 특성을 분석하였다. 고온·고습 조건에서 고분자 내에 들어가 있는 수분이 밖으로 배출되지 않아 상대습도 대 정전용량 값이 기준 값을 초과하였다. 즉, 정전용량식 센서가 포화 수증기압이 높은 조건에서 더 빠른 열화가 일어났고, 초기 값과 비교 해볼 때 상대습도의 변화량이 ± 3%R.H.를 초과하였다.; As the semiconductor manufacturing technology develops, capacitive humidity sensors are offering excellent combination of precision, reliability, stability, and cost for measuring relative humidity in recent years. But the assessment of the reliability on capacitive humidity sensor is not established. In this paper, we chose main factors of the reliability assessment on the capacitive humidity sensor. We concentrated on the following issues: acceleration coefficient calculations from accelerated life test method and failure mechanism. First, we set up an accelerated model in a certain test condition. Then we found accelerated life test method and calculated the acceleration coefficient. Three kinds of acceleration coefficients were calculated under four different accelerated life test conditions. The average life expectancy of 25℃, 55% relative humidity was forecasted. In addition, a probability and statistics program is used for the suitability of the lifetime distribution and parameters estimation. It was assumed that the lifetime distribution is log-normal distribution, then we analyzed the lifetime-stress relationship. Peck's equation was applied on the life-stress relation of capacitive humidity sensor. Second, we analyzed failure mechanism and heating characteristic with the heating characteristic pictures by absorption of capacitive humidity sensor through telescope. The water of polymer under the high temperature and humidity condition wasn't emitted out. so the standard values of relative humidity about capacitive values was excess. consequently, the capacitive humidity sensor under high eater vapor saturation pressure condition was more heated. The variation quantity of relative humidity in comparison with initial values were excess to 3%R.H.S..