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와이불 분석 II: 첫 번째 조기 실패의 폐해

Tuesday, January 22, 2013

여러분,

와이불 분석에 대한 논의를 계속하면서, 무연 납땝 페이스트를 사용해서 약간의 SMT와 스루-홀 PCB를 조립했다고 가정해 봅시다. 이 보드에는 흔히 QFN이라고 불리는, 납땜 프리폼을 사용해 조립한 바닥면 분리 (BTC) 부품들도 좀 있습니다. BTC를 시험하기 위해서는 스트레스 테스트를 실시합니다. 이런 시험에서는 와이불 분석에서의 첫 번째 실패가 가장 중요한 데이터 포인트가 됩니다. 나머지 데이터의 결과가 어떻든, 나중의 실패들은 아주 조기의 첫 실패 효과를 만회할 수 없습니다.

이 개념을 이해하기 위해 아래의 와이불 도표를 살펴보시죠. 신뢰도가 높은 다수의 어플리케이션들에서는, 테스트 받는 부품의 작은 비율이 적어도 최소의 신뢰도를 가져야 한다는 요건이 있을 수 있습니다.

그림 1. 조기 실패가 있는 와이불 분석.

한 예로, 부품의 1%가 500 이하의 수명 주기를 가져서는 안된다고 해봅시다. 그림 1을 살펴보면 1%가 150 이하의 수명 주기를 가지고 있습니다 (화살표를 보십시오). 이 조기 아웃라이어 하나가 와이불 분석에 극적인 영향을 끼칩니다.

그렇지만 그림 2에서 보는 것처럼 이 아웃라이어가 제거될 경우, 데이터는 부품의 1%가 900의 수명주기를 가지게 된다는 것을 보여줍니다. 첫 실패가 이 결과에 극적인 영향을 가지는 것을 볼 수 있습니다. 첫 실패가 “척도”나 특성 수명에 크게 영향을 주지 않는 점에 유의하십시오 (2647 대 2682). 그러므로, 특성 수명은 고신뢰도 환경에서 사용하기에 강력한 측정 기준이 아닙니다. 그러나 형태 혹은 경사는 조기 실패가 “검열하여 삭제”되었을 때 2.22에서 4.23으로 변경된 것으로 보아, 조기 실패에 의해 극적으로 영향을 받는 것을 알 수 있습니다.

그림 2. 조기 실패가 제거된 (검열하여 삭제된) 와이불 분석.

이같은 아웃라이어가 왜 존재하는 것일까요? 조기 실패에 뭔가 특이한 것이 있는 것이 거의 확실합니다. 훌륭한 납땜젖음을 방해하는, 산화된 패드 같은 것일 수도 있습니다. 아마 근본 실패 원인 분석에서 이 실패 모드와 같은 것을 찾아볼 수 있을지 모릅니다. 그러나 저는 대체적으로, 심지어 지지적 실패 분석에서도, 데이터를 검열하여 삭제하는 것을 반대하는 편입니다. 저는 테스트를 다시 해야 한다고 생각합니다. 흔히 결정적인 것이 아닌 실패 분석을 받아들이자는 쪽으로 자신을 납득시키기는 너무 쉽습니다.