초가속수명시험과 Virtual Qualification 을 통한 자동차용 공조제어장치의 수명 예측

Abstract

21세기를 맞이하면서 자동차부품기술의 발전은 급속하게 변화하고 있으며, 자동차에 적용되는 각종 부품의 복잡도 또한 급격하게 증가하고 있는 것이 현실이다. 또한, 각종 전기, 전자 시스템의 급증은 자동차의 안전과 직결되는 문제로 인식하게 되었으며, 이러한 문제로 인하여 각 개발 단계에서 부품의 신뢰성을 최단기간 내에 확인하고 인증하여야 하는 문제에 직면하게 되었다. 따라서, 빠른 시간 내에 제품의 신뢰성을 확인할 수 있는 가속시험(Accelerated Testing)에 대한 관심과 필요성이 날로 증가하고 있다. 특히, 시료 수를 줄이는 대신 스트레스 수준을 올리고 복합화하여 단기간에 잠재적인 취약 부위를 검출하고 설계 마진을 확보하기 위한 초가속수명시험(HALT : Highly Accelerated Life Test)의 활용이 증대되고 있다. 하지만, 초가속수명시험은 매우 빠른 시간에 설계 및 제조상의 결함을 찾아 제거함으로써 제품의 신뢰성을 개선할 수 있지만, 제품의 수명을 예측하지는 못해 기업의 보증 수명보다 지나치게 높은 설계 마진을 확보함으로써 기업 측면에서 불필요한 비용과 시간이 소요될 가능성이 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해서는 초가속수명시험을 근거로 하는 적절한 수명 평가 방법이 반드시 필요하다. 최근에는 유한요소법을 이용하여 소재나 설계 변경에 빠르게 대처함으로써 제품 개발 기간의 단축 및 비용 절감을 할 수 있는 Virtual Qualificatio으로 수명을 예측하는 방법에 관한 연구의 필요성이 인식되고 있다. 본 연구에서는 자동차용 공조제어장치의 신뢰성 평가를 위해 초가속수명시험을 통해 제품의 취약 부위와 고장 메커니즘을 규명하고, 진동 하중에 의한 취약 부위의 변형량을 측정하였다. 또한, 취약 부위의 유한요소해석을 통해 진동 하중에 따른 제품의 피로 수명을 예측하였다.; The continuing process of making automotive smarter is dependent upon increasing the use of electronic systems in them. But Reliability is difficult to achieve in automotive electronic products because of the long life cycles under harsh application environments. Automotive electronics has to be subjected to extensive and often conservative assurance methods to reduce the risk of failure and unsafe operation. Thus there is a need for accessing quantitative, proven design and validation tools for effective reliability assessment. Highly Accelerated Life Test (HALT) uses stimulation on find out the weakness of the product thus to improve the quality. The current HALT test has its limitations. HALT is used to quickly expose the weakness of the product, but it doesn’t predict the life of product. Virtual Qualification is used to identify the dominant failure sites and to predict the life of the component under environment/operational loads. In this study, HALT was performed to find out the weakness of the Auto Temperature Controller and to measure the strains at weakness points in order to predict the life of product. And a 2-D finite element model of weakness point was built to determine the strains in the critical solder joint due to flexure induced by vibration. The life of product was predicted at each vibration level using finite element method.