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와이불 분석 III: 다중 실패 모드

Monday, February 11, 2013

여러분,

와이불 분석에 대한 논의를 계속하지요.....여러분이 열심히 노력하여 열주기 시험을 위한 SMT 무연 PCB를 몇 개 조립했다고 합시다. 여러분은 최고의 무연 납땜 페이스트와 약간의 무연 납땜 프리폼을 사용하여 핀-인 페이스트 공정으로 다수의 스루-홀 부품들을 조립했습니다. 기판이 열적으로나 물리적으로 거대하고, 리플로 과정에 권장되는 것보다 약간 높은 온도와 시간이 필요해서 조립 과정이 조금 염려되었지요.

열주기 시험의 결과는 아래 그림 1에 나와 있습니다. 여러분은 충실하게 특성 수명 (혹은 척도)을 2,387 주기로, 그리고 300 주기에서 첫 실패가 발생한 것을 보고하고 있습니다. 이전에 비슷하지만 약간 더 작은 기판들이 약간 더 높은 척도를 나타냈지만, 보다 중요한 사실은 첫 실패가 약 1,000 사이클에서 발생했었기 때문에 이 결과가 상당히 실망스러우셨지요. 어쨌든, 여러분은 이를 기록하고, 보고하고, 파일로 정리하여 보관해 둡니다.

그림 1. 열주기 데이터의 와이불 도표

잠깐만요! 이 데이터는 여러분에게 어떤 일이 진행되고 있다고 외치고 있습니다. 같은 데이터를 그림 2에서 보십시오. 두 개의 분명한 초록색 선들을 주목하세요. 이 별도의 두 선은 다중 실패 모드가 있다는 사실을 아주 강하게 시사하는 것입니다. 오른쪽에 있는 선은 이전에 관찰되었던, 전형적인 실패일 가능성이 있습니다. 왼쪽의 선은 새로운 조기 실패 모드입니다. 이것은 산화된 패드 혹은 비슷하나 더 작은 기판을 테스트할 때는 보이지 않았던 어떤 다른 현상 같은 것이 원인일 수 있습니다. 새로운 실패 모드를 이해하기 위해서는 근본 실패 원인 분석을 해보아야 합니다.

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그림 2. 다중 실패 모드가 관찰된 열주기 데이터의 와이불 도표

이제 인간적인 관심을 불러 일으키는 이야기를 하나 해보지요.

다트머스(Dartmouth)의 교수로서 보람있는 점들 중 한 가지는 뛰어난 소질을 지닌 학생들이 많다는 것입니다. 이 학생들은 단지 학문적으로만 훌륭한 것이 아니고 흔히 예술이나 운동 등에도 재능이 있습니다. 저는 최근에 이점을 통감했습니다. 제가 강의하고 있는ENGS 1: 일상적인 것들의 테크놀로지 에서 우리는 각운동량의 보존(CoAM)에 대해 논의하고 있었습니다. CoAM의 가장 두드러진 실례를 보여주는 것들 중 하나는 빙상 스케이트 선수의 회전입니다. 인터넷을 뒤져봤지만 회전에 대한 좋은 동영상을 찾을 수 없었습니다. 그러다가, 저의 옛 제자 줄리아 (Julia Zaskorski) 가 다트머스의 피겨 스케이팅 팀에 있었다는 것이 생각 났습니다. 저는 그녀에게 우리에게 보여줄만한 좋은 동영상이 있는지 물어 보았습니다. 아래에 있는 것이 그녀가 공유해준 동영상입니다. 그녀는 재료 과학과 물리학을 전공하고 있습니다. 누가 압니까. 몇 년 안에 그녀를 APEX나 SMTAI에서 보게될지.

그녀에게 간단한 자기 소개를 직접 들어 볼까요..

저는 웰슬리 칼리지 에서 온 3학년생 줄리아 제스코르스키입니다. 저는 12 칼리지 교환 프로그램에 참가하여 다트머스에서 와서 공부하고 있습니다. 웰슬리에서는 기계 공학을 공부할 목적으로 물리학을 전공하고 있구요. 가까이에 있는 MIT와의 관계에도 불구하고, 웰슬리에는 자체의 엔지니어링 프로그램이 없습니다. 그래서 저는 커리큘럼과 분위기가 더 자립적인 다트머스 대학교 공과대학을 찾아냈습니다. 인기있는 공과대학 외애, 다트머스의 피겨 스케이팅 팀도 저에게는 커다란 동기 부여 요인이었습니다. 웰슬리에는 아이스 링크는 고사하고 팀도 없거든요. 저는 지금 몇년 째 다트머스 팀의 코치를 알고 지내고 있으며, 마침내 팀의 선수 명단에 제 이름이 오르는 것을 보는 것이 제 꿈입니다. 엔지니어들, 그리고 이곳 하노버에서의 겨울철 활동들은 제가 캠퍼스에 발을 들여놓기 전부터 제 마음을 다트머스로 끌어들이고 있었습니다.