Lifetime Estimation of a Bluetooth Module using Accelerated Life Testing

가속수명시험을 이용한 블루투스 모듈의 수명 예측

This paper shows quantitative reliability evaluations of a Bluetooth module through extending previous qualitative methods limited to structure reliability tests and solder joint reliability tests for Bluetooth modules. Accelerated Life Testing (ALT) of the modules using temperature difference in temperature cycling as an accelerated stress was conducted for quantitative reliability evaluation under field environment conditions. Lifetime distribution parameters were estimated using the failure times obtained through the ALT, and then Coffin-Manson model was implemented. Results of the ALT showed that the failure mode of the modules was open and the failure mechanisms are both crack and delamination. The ALT reproduced the failure mode and mechanisms of failed Bluetooth modules collected from the field. Further, a quantitative reliability evaluation method with respect to various temperature differences in temperature cycling was proposed in this paper. $B_{10}$ lifetime of the module for the temperature difference $70^{\circ}C$ using the proposed method would be estimated as about 4 years.

본 논문은 블루투스 모듈의 구조 및 솔더접합부에 대한 신뢰성 평가에 국한된 기존의 방법을 확장하여 정량적인 신뢰성 평가를 수행한 결과를 나타낸다. Field 환경조건에서의 정량적인 신뢰성 평가를 위해, 온도 싸이클링(temperature/thermal cycling)에서의 온도차를 가속스트레스로 선정하여 가속수명시험을 실시하였다. 가속수명시험을 통해 구한 고장시간 데이터들을 이용하여 수명분포 매개변수들을 추정하고 코핀-만슨(Coffin-Manson) 모델을 이용하였다. 가속수명시험을 수행한 결과, 블루투스 모듈의 고장모드는 Open, 고장메커니즘은 크랙(Crack)과 박리(Delamination)였다. Field에서 수거한 고장품들의 고장모드와 고장메커니즘이 가속수명시험을 통해 재현되었다. 또한 본 논문에서 블루투스 모듈이 Field에서 받을 수 있는 온도 싸이클링에서의 다양한 온도차에 대한 정량적인 수명을 예측할 수 있는 방법이 제시되었다. 제안된 방법을 이용하여 온도차 $70^{\circ}C$를 받고 있는 블루투스 모듈의 $B_{10}$ 수명은 약 4년으로 추정되었다.