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전기자동차 SiC 파워반도체용 레이저 가압소결접합 Cu 페이스트 개발
백범규,박웅비,연규호,정우영,김남성,홍상균 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
에너지 생산량의 한계와 친환경을 위한 Co2 저감 요구 증대, 신재생 에너지 분야 수요 증대의 요구의 하나로 xEV차량과 신재생 에너지 관련 파워반도체의 효율 증가가 요구되고 있으며, 이를 위해 파워반도체 소자는 Si에서 WBG 특성을 갖는 SiC 전력 반도체로 수요가 증가하고 있다. Si 전력반도체는 반도체 칩과 기판을 접합하는 소재로 무연솔더를 사용하고 있으나 SiC 전력반도체는 Tj가 높아 기존 솔더의 사용이 불가능하여, Ag 페이스트를 이용한 가압소결접합 방식을 적용하고 있고, 재료의 경제성 등을 위해 Cu 페이스트가 개발되고 있다. 그러나 가압소결방식은 기존 솔더링 대비 소결시간 증가에 의한 단점이 있어, 이를 개선하기 위한 레이저 가압소결접합 방법과 그에 적합한 신터링 페이스트가 필수적이다. 본 논문에서는 레이저 가압소결접합 방식에 적합한 Cu 페이스트와 그 특성을 소개한다.
정도현,백범규,임송희,정재필 한국마이크로전자및패키징학회 2018 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.25 No.2
In the soldering industry, a variety of lead-free solders have been developed as a part of restricting lead in electronic packaging. Sn-Ag-Cu (SAC) lead-free solder is regarded as one of the most superior candidates, owing to its low melting point and high solderability as well as the mechanical property. On the other hand, the mechanical property of SAC solder is directly influenced by intermetallic compounds (IMCs) in the solder joint. Although IMCs in SAC solder play an important role in bonding solder joints and impart strength to the surrounding solder matrix, a large amount of IMCs may cause poor strength, due to their brittle nature. In other words, the mechanical properties of SAC solder are of some concern because of the formation of large and brittle IMCs. As the IMCs grow, they may cause poor device performance, resulting in the failure of the electronic device. Therefore, new solder technologies which can control the IMC growth are necessary to address these issues satisfactorily. There are an advanced nanotechnology for microstructural refinement that lead to improve mechanical properties of solder alloys with nanoparticle additions, which are defined as nano-reinforced solders. These nano-reinforced solders increase the mechanical strength of the solder due to the dispersion hardening as well as solderability of the solder. This paper introduces the nano-reinforced solders, including its principles, types, and various properties.
Wetting Balance Test를 이용한 솔더의 젖음성 분석
정도현,임동욱,백범규,임송희,윤종혁,정재필,Jung, Do-hyun,Lim, Dong-uk,Baek, Bum-gyu,Yim, Song-hee,Yoon, Jong-hyuk,Jung, Jae Pil 한국마이크로전자및패키징학회 2017 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.24 No.2
Recently, there has been a continuous researches on solders having sophisticated and improved performance due to demand for high-density and miniaturization of electronics, and development of solder for automotive electronics which can be used in harsh environment. When developing a new solder alloy, there is a wettability of solder on substrate for things to consider, and the wetting balance test is one of the methods for measuring that one. In this paper, the wetting balance test is introduced, and the calculus of the surface tension of solder and the contact angle between solder and substrate using wetting curve obtained is introduced too. In detail, the principle and test method of the wetting balance test, the introduction of the parameters with important meaning in the wetting curve, the method of calculating the contact angle as well as the surface tension of the solder using the shape of the solder meniscus.
xEV 전기자동차 SiC 파워반도체 시장 현황 및 전망 2021
김남성,정우영,백범규,홍상균 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
지구환경의 개선, 화석연료의 유한성, 첨단 2차전지 산업의 발전, 전기전자 및 정보통신 산업의 발전에 따라서 전기자동차 산업의 발전은 획기적이며 1회충전후 주행거리 증대를 위한 급격한 경쟁으로 차량용 2차전지의 고용량 고속제어를 위한 실리콘카바이드(SiC) 파워반도체 기술과 시장이 급격히 성장하고 있다. 현재의 전기자동차용 배터리는 초기의 25~30 kWH에서 대폭 증가하여 60~70 kWH 용량이 중심이며, 1회충전후 300~400km 또는 그 이상을 주행할 수 있다고 보고되고 있다. 또한 전기자동차 판매량은 2020년에 3백만대를 돌파한 것으로 관련 시장조사기관에서 정리한 바 있다. 전세계 배터리 수요는 2018년에 142GWH에서 2030년에 2,333GWH까지 증가할 것으로 전망되고 있다. 본 논문에서는 이와 관련하여 SiC 파워반도체 시장현황 및 전망을 중심으로 정리하면서 전기자동차 및 2차전지에 대한 시장 현황 및 전망을 함께 소개한다.
전기자동차용 전력반도체 칩 소결공정 개발 및 신뢰성 연구
김태경,정우영,김남성,백범규,홍상균 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
최근 자동차 산업은 환경규제 강화 및 전기 배터리 산업이 발전함에 따라 완성차 업체들의 전기자동차 시장 선점을 위한 경쟁이 점차 심화되고 있다. 최근 부품 수급문제로 이슈가 된 자동차용 반도체 중에서도 전기구동모듈에 적용되는 전력반도체 수급의 차질은 전기자동차 생산지연으로 직결되어, 안정적인 수급을 위한 수단과 방안을 고심하고 있다. 본 연구에서는 고생산성, 신뢰성 SiC 전력반도체의 개발과 안정적인 수급을 위한 기술 및 공정개발을 진행하였다. 기존의 경우, 열가압소결로에서 진행해오던 칩 접합 및 생산을 레이저 소결 공정을 대체 적용함으로서 접합 시 발생하는 열 충격 및 소재 변형을 방지하고 짧은 공정시간을 통한 생산성을 증대하고자 한다. 연구방법으로는 은, 구리 등 페이스트 소재 및 레이저 소결 공정 조건 별 시편 제작 및 평가를 통하여 최적 페이스트 소재 선정 및 공정 조건을 도출하고자 하였다. 또한 환경조건과 내구를 함께 고려한 실험장비 구축 및 시험 전후 비교를 통한 개발 전력반도체에 대한 신뢰성 검증을 진행하였다.
강혜준(Hyejun Kang),백범규(Bumgyu Baek),정재필(Jae Pil Jung) 대한용접·접합학회 2020 대한용접·접합학회지 Vol.38 No.6
A solder has been extensively used for long time in electronics packaging field, and there are various Sn-based lead-free solders such as Sn-Ag-Cu, Sn-Cu, Sn-Bi and etc. Recently, the low temperature solder, typically Sn-58wt%Bi-X alloys, attract attention from industry because of flexible printed circuit board (FPCB) application and to avoid bending or warpage of big size electronic devices after high temperature soldering. In the Sn-58wt%Bi-X solder, basic important issues are melting temperature, wettability, microstructure, mechanical properties and etc. Specifically, the Sn-58wt%Bi-X solder receives much attention to improve the brittleness by grain refinement of Bi-phase. In this paper, recent studies about Sn-58wt%Bi-X solders were reviewed including melting temperature, microstructure and mechanical properties.
xEV 전기자동차 SiC 파워반도체용 레이저 가압소결접합 장비 개발
김남성,김재동,이영진,김병철,정우영,백범규,홍상균 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
지구환경의 개선, 화석연료의 유한성, 첨단 2차전지 산업의 발전, 전기전자 및 정보통신 산업의 발전에 따라서 전기자동차 산업의 발전은 획기적이며 1회충전후 주행거리 증대를 위한 급격한 경쟁으로 차량용 2차전지의 고용량 고속제어를 위한 실리콘카바이드(SiC) 파워반도체 기술과 시장이 급격히 성장하고 있다. SiC 파워반도체는 고용량 고속제어에 대한 특성이 우수하며 Si 파워반도체보다 고온에서의 동작특성이 우수한 장점을 사용하므로, 고온에서의 접합기술이 특히 필요한데 고생산성을 위하여 접합시간의 단축시 레이저 가압소결접합 기술이 필수적이다. 본 논문에서는 이를 위하여 레이저 가압소결접합 장비의 개발과 관련 핵심기술로서 플랫탑 레이저빔의 형성을 위한 가변옵틱 모듈 기술, 가압접합모듈 기술 등을 소개한다.
강종수,정우영,김태경,김남성,홍상균,백범규 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
This research studied the vibration durability reliability evaluation technology of the automotive components using the measured data in real driving roads. First, the accelerometer sensors in the object components are attached on the objects to measure the RLDA(real load data acquisition) and the real driving test is carried out on real roads such as paved road, unpaved road and cross road. The vibration characteristic of measured data is analyzed such as PSD(power spectrum density), RMS(root mean square), Kurtosis and Crest Factor on the frequency. Second, the durability test mode is composed of the real roads to satisfy the target durability life. Third, the transfer function is calculated by the relation of response to input on each axis direction to get the response characteristic between test object and test equipment after setting the test object in vibration durability test equipment. Fourth, the iteration work is executed to simulate the real driving condition and the criteria of iteration level is judged by RMS error. And then the vibration durability test is executed until the target durability life and the vibration durability performance satisfaction can be judged by comparing acceleration data of durability test before and after.