• 한국포장학회지
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• 제28권2호
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• pp.143-149
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• 2022

PCS needs to freely switch AC and DC to connect the battery, external AC loads and renewable energy in both directions for energy efficiency. Whenever converting happens, power loss inevitably occurs. Minimization of the power loss to save electricity and convert it for usage is a very critical function in PCS. PCS plays an important role in the ESS(Energy Storage System) but the importance of stabilizing semiconductors on PCB(Printed Circuit Board) should be empathized with a risk of failure such as a fire explosion. In this study, the temperature variation inside PCS was reviewed by cooling fan on top of PCS, and the vibration characteristics of PCS were analyzed during truck transportation for reliability of the product. In most cases, a cooling fan is mounted to control the inner temperature at the upper part of the PCS and components generating the heat placed on the internal aluminum cooling plate to apply the primary cooling and the secondary cooling system with inlet fans for the external air. Results of CFD showed slightly lack of circulating capacity but simulated temperatures were durable for components. The resonance points of PCS were various due to the complexity of components. Although they were less than 40 Hz which mostly occurs breakage, it was analyzed that the vibration displacement in the resonance frequency band was very insufficient. As a result of random-vibration simulation, the lower part was analyzed as the stress-concentrated point but no breakage was shown. The steel sheet could be stable for now, but for long-term domestic transportation, structural coupling may occur due to accumulation of fatigue strength. After the test completed, output voltage of the product had lost so that extra packaging such as bubble wrap should be considered.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.77-77
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• 2009

ELV(; End of Life Vehicles)를 비롯한 최근 환경 동향은 자동차 전장 모듈에 대하여 다양한 무연 솔더 적용을 요구하고 있다. 특히 자동차 엔진룸과 트랜스미션은 가동 중 고온 및 진동의 지속적인 영향을 받기 때문에 이와 유사한 환경에서의 신뢰성 연구가 필요한 시점이다. 이에 본 연구에서는 Sn3.5Ag, Sn0.7Cu, Sn5.0Sb 솔더 조성에 대하여 복합환경 조건하에서 접합부 신뢰성을 평가하였다. 복합환경을 구현하기 위하여 $-40{\sim}150^{\circ}C$ 범위의 온도 사이클과 랜덤 진동을 동시에 인가하였으며, 진동 가속도 3G, 진동주파수는 10~1000Hz 로 설정하여 자동차 환경을 충족하였다. 복합시험의 1 cycle 은 20 시간이며, 총 120 시간의 시험 동안 진동의 영향 및 진동과 고온이 동시에 작용하였을 경우의 영향에 대해 비교하였다. 테스트 모듈 제작을 위해 450 um 의 솔더볼이 적용되었으며, 각 조성의 솔더볼을 이용하여 BGA test chip 제작하였고, 제작된 BGA test chip 은 다시 daisy chain PCB 위에 실장 및 리플로우 공정을 통해 접합되었다. 테스트 동안 In-situ 로 저항의 변화를 관찰하여 파단의 유무를 판단하였고 전자주사현미경을 통해 파괴 기전을 평가하였다. 복합시험 시간에 따른 전단강도를 측정하였으며, 각 조성에 대하여 상이한 전단강도 변화를 관찰하였다. 계면 IMC 형상은 전단강도 변화에 영향을 주었으며, 특히 높은 온도가 IMC 성장을 촉진시켜 전단강도 감소에 영향을 주었다. 본 복합환경 시험 조건에서는 Sn0.7Cu 가 가장 안정적이었으며, 파단면을 관찰한 결과 연성파괴 모드가 관찰되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.504-510
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• 2017

본 논문은 소형 가전기기를 위한 AC DC 파워모듈 설계를 제시하고 효율과 신뢰성 및 안정성 특성을 나타낸다. 제안하는 파워모듈은 PCB 테스트보드에서 PWM 제어 IC 칩, 파워모스 소자, 트랜스포머, 각종 수동소자 (저항, 커패시터, 인덕터)를 사용하여 제작하였다. 본 논문에서 제시한 AC DC 파워모듈 회로 시뮬레이션 결과를 토대로 측정한 실험에서 입력전압은 상용전원 전압 220 V (RMS), 주파수 60 HZ의 교류전압(VAC : Voltage alternating current)을 사용 하였으며, 출력전압, OCP (over current protection), EMI(electromagnetic interference), PWM 신호 펄스, 효율 측정, 패키징 여부에 따른 발열측정 등을 실시하였다. 또한 파워모듈의 온도에 따른 특성변화와 트랜스포머 기준으로 1차측의 회로와 2차측 회로의 절연상태 확인을 하기 위한 내전압 테스트 등의 신뢰성테스트를 실시하였다. 효율 및 신뢰성 측정결과, AC DC 파워 모듈이 5 V의 출력전압, 200 mV의 리플, 약 73 %의 효율, 온도 약 $80^{\circ}C$ 까지 안정적으로 동작함을 확인하였으며, 4.2 kV의 크기로 60초 동안 견디는 내압 성능을 보였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권9호
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• pp.789-794
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• 2014

정지궤도급 차세대 통신위성에 탑재될 디지털신호처리기에는 디지털 고속통신을 위한 FPGA가 사용된다. 적용된 FPGA는 높은 열소산량을 가지고 있으며, 이로 인한 접합온도의 상승은 부하경감 요구조건을 만족하기 어렵고 장비의 수명과 신뢰도 저하의 주요 원인이다. 지상과는 달리 우주환경에서의 전장품의 열제어는 대부분 열전도를 통하여 이루어지고 있다. CCGA 또는 BGA 형태의 FPGA는 인쇄회로기판에 장착되지만, 인쇄회로기판의 열전도율은 FPGA의 열제어에 효율적이지 못하다. FPGA의 열제어를 위하여 부품 리드와 하우징을 직접 연결하는 히트싱크를 제작하였으며, 우주인증레벨의 열진공시험을 통하여 그 성능을 확인하였다. 높은 전력소모량을 가진 FPGA는 우주환경에 적용하기 어려웠으나, 히트싱크를 적용함으로써 부하경감 온도 마진을 확보하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제29권3호
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• pp.55-61
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• 2022

본 연구에서는 용융온도가 중온계 무연 솔더인 Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)와 저온계 무연 솔더인 Sn-57Bi-1Ag를 사용하여 형성된 복합 무연 솔더 접합부의 특성에 대하여 보고 하였다. SAC305 솔더볼이 형성된 ball grid array(BGA) 패키지와 Sn-57Bi-1Ag 솔더 페이스트가 도포된 flame retardant-4(FR-4) 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 리플로우 솔더링 공정을 이용하여 복합 무연 솔더 접합부를 형성 하였다. 공정 온도 프로파일을 두 가지 형태로 달리하여 리플로우 솔더링 공정을 진행하였으며 리플로우 솔더링 공정 조건에 따른 계면 반응, 금속간화합물(intermetallic compound, IMC)의 형성, Bi의 확산 거동 등 복합 무연 솔더 접합부 계면 특성을 비교 분석 하였다. 또한, 열 충격 시험을 통하여 리플로우 솔더링 공정에 따른 복합 무연 솔더 접합부의 신뢰성 특성을 비교하고 열 충격 시험 전후 전단 시험을 진행하여 접합부의 기계적 특성 변화를 분석하였다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2005년도 추계학술발표대회 개요집
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• pp.228-230
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• 2005

Sn-8wt%Zn-3wt%Bi (이하, Sn-8Zn-3Bi) 솔더의 장기 신뢰성을 평가하기 위하여 고용고습시험을 행하였다. 고온 고습 시험은 $85^{\circ}C$/85RH 조건에서 1000 시간 동안 하였다. 접합 기판으로는 각각 OSP (Organic Solderability Preservative), Sn 그리고 Ni/Au 처리를 한 PCB(Printed Circuit Board) 패드를 사용하였다. 접합에 사용한 부품은 1608Chip 으로 MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor 이하, 1608C) 와 Chip Resister(이하, 1608R)을 사용하였으며, 이 두 부품의 전극부위에 Sn-10wt%Pb(이하 Sn-l0PB), Sn을 각각 도금하였다. 솔더링 후 1608C 와 1608R의 전단 접합 강도와 솔더링부에서 Zn상의 변화를 관찰하였다. 측정결과, Sn-8Zn-3Bi 솔더의 초기 전단 접합 강도는 기판의 표면처리에 상관없이 약 40N 이었다. 그러나 고온 고습 시험 1000 시간 후에는 기판의 표면처리에 상관없이 약 30N 까지 감소하였다. 하지만 이는 reference인 Sn-37Pb 솔더의 강도값과 거의 유사하며, 이는 Sn-8Bi-3Zn 솔더의 고온 고습 시험 후 전단강도 특성은 기존 유연솔더와 비교하여 동등이상이라고 평가할 수 있다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제26권4호
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• pp.163-169
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• 2019

전자제품에서 사용되던 Sn-Pb계 솔더합금은 RoHS, WEEE, REACH 등의 환경규제에 의해 무연솔더합금(Pb free solder alloy)으로 빠르게 대체되고 있다. 그 중에서도 Sn58%Bi(in wt.%) 합금은 융점이 낮고 Sn-Pb계 합금에 비해 기계적특성이 우수하여, 전자제품 솔더합금으로 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그러나 Sn58%Bi 솔더합금은 구성 원소인 Bi의 취성으로 인해 기계적인 신뢰성이 저하되는 문제를 개선할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 함량의 Sn-MWCNT (multiwalled carbon nanotube) 입자를 첨가한 Sn58%Bi 복합솔더를 제조한 후, OSP처리된 FR-4 기판 및 FR-4 컴포넌트를 리플로우(reflow) 횟수를 1회부터 7회까지 진행하였다. 접합시편의 접합강도 및 파괴에너지는 전단시험(die shear test)을 통해 측정하였고, 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 미세조직 및 파괴모드를 분석하였다. Sn-MWCNT 첨가에 의해 Sn58%Bi 복합솔더 접합부에서 조직 미세화가 관찰되었고, 함량이 0.1 wt.%일때 접합강도와 파괴에너지는 각각 20.4%, 15.4% 만큼 증가하였다. 또한 파단면에서 연성파괴(ductile failure) 영역이 관찰되었으며, F-x(force-displacement to failure) 그래프를 통해 Sn-MWCNT의 첨가가 복합솔더의 연성(ductility)을 증가시킨 것을 확인할 수 있었다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제15권3호
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• pp.421-432
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• 2020

본 논문에서는 S-밴드 군용 레이더에 사용되고 기존의 TWTA를 대체하기 위해 GaN HEMT 기반 증폭모듈을 이용하여 개발한 2kW급 반도체증폭기(SSPA)를 제안하였다. 제안한 SSPA는 8개의 증폭모듈로 이루어진 고출력증폭모듈, 구동증폭모듈, 제어모듈 및 전원공급 장치로 이루어져 있다. 제안한 SSPA는 1) 증폭모듈과 구성부품은 공간적 제약으로 작은 패키지에 통합설계 되었으며, 2) PCB 내장형 하모닉필터를 이용하여 고주파를 제거하였으며, 그리고 3) 입력신호의 듀티 변화에 대응하여 일정한 출력이 유지되도록 하는 자동이득조절기를 설계하였다. 제안된 SSPA는 최대 48 dB의 이득과 3.1~3.5 GHz의 주파수 대역에서 63-63.6 dBm의 출력 전력을 보였다. 자동이득조절 기능은 15-20 dBm의 입력전력 변동에도 대해서, 출력전력이 63dBm 전후로 일정하게 유지하는 것을 확인하였다. 마지막으로 MIL-STD-810의 시험기준을 만족하는 높은 (55 ℃) / 낮은 (-40 ℃) 온도시험 프로파일을 이용한 온도시험을 통해 개발된 시스템의 신뢰성을 검증하였다. 개발된 SSPA는 경량, 고출력, 고이득, 안전기능, 낮은 수리비, 짧은 수리시간 등 측면에서 기존의 TWTA 증폭기보다 우수한 것을 확인하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제25권3호
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• pp.13-19
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• 2018

본 연구에서는 태양광 접속함 모듈 적용을 위한 유연 솔더(Sn-Pb) 및 무연 솔더(Sn-3.0Ag-0.5Cu 및 Sn-1.0Ag-0.7Cu-1.6Bi-0.2In)의 특성을 비교 평가하였다. 접속함 내에는 전압 및 전류 검출용 모듈, 고내압용 다이오드가 실장된 정류모듈 등 다양한 모듈이 내장되어있다. 본 연구에서는 솔더링특성, 인쇄성, 솔더형상 검사, X-ray를 이용한 솔더 내 void 검사 및 접합강도를 측정하였고, 무연 솔더 합금의 공정최적화는 step 1과 step 2로 구분하여 검토를 실시하였다. Step 1은 유연 솔더와 무연 솔더 페이스트 인쇄 검사 시험을 1차와 2차로 나누어 실험을 진행하였고 printability는 void 함량 및 접합강도의 상관관계로 검토하였다. 전체적으로 유연 솔더의 특성은 무연 솔더에 비하여 상대적으로 우수하였다. Step 2는 리플로우 공정의 최고점 온도 변화에 따른 접합부 특성 변화를 관찰하였다. 리플로우 최고 온도가 증가할수록 접합부 내의 void 함량이 2~4% 정도 감소하였고, 접합강도는 약 0.5 kgf 범위내에서 큰 차이 없이 나타났다. 기판 표면처리종류에 있어서는 ENIG 표면처리가 OSP 및 Pb-free 솔더 표면처리보다 우수한 접합강도를 나타내었다. 1종류의 무연솔더와 OSP 표면처리로 접합된 태양광 접속함 모듈의 500 싸이클 열충격 신뢰성시험 전후에 전기적 특성변화는 0.3% 내의 범위에서 안정적으로 작동함을 확인하였다.