우주, 군 응용을 위한 상업용 집적회로부품의 신뢰성 평가

천성일(Sung-Il Chan),한창운(Chang-Woon Han) 한국항공우주학회 2012 韓國航空宇宙學會誌 Vol.40 No.12

고 신뢰성을 요구하는 우주, 군 등과 같은 응용분야에 집적회로 사용에 대한 필요성이 증가하고 있다. 따라서 상업용(Commercial Off The Shelf) 집적회로부품에 대한 신뢰성 보증 요구조건과 실험규격에 대한 연구가 매우 필요하다. 본 연구에서는 ECSS(European Cooperation for Space Standardization) 품질규격과 MIL-STD-883(집적회로 시험방법)을 기초하여 상업용 집적회로부품의 신뢰성 검증(evaluation)을 위한 스크린(Screening) 실험방법을 검토하였다. 그리고 상업용 부품에 대한 스크린 시험절차와 검사방법을 제안하였다. 또한, 제안한 시험절차와 방법에 맞추어 상업용 Linear Bipolar 집적회로를 평가하였다. 시험결과 상업용 Linear Bipolar 제품이 고 신뢰성 활용을 위한 신뢰성 요구조건을 모두 만족하는 것을 확인하였다. Commercial Off the Shelf(COTS) Integrated circuits(ICs) are being increasingly considered for use in space and military applications. Therefore, There is a need to implement standard tests and requirements to ensure reliability of COTS ICs. This paper presents an overview of the ICs screen procedure and methods under the European Cooperation for Space Standardization (ECSS) and Tests Method Standard Microcircuits (MIL-STD-883). We describes the COTS ICs screen test guidelines that are mainly focused after encapsulating. In addition, COTS linear bipolar IC is investigated to evaluate the reliability requirements. The experiment results showed that COTS IC is satisfied with high reliability requirements.

태양광발전소의 균등화발전단가(LCOE) 감소를 위한 고장물리(PoF) 기반 지능형 유지보수(O&M) 의사결정 플랫폼

천성일(Sung-Il Chan),오경석(Kyoung-Suk Oh) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4

신재생에너지의 주요 에너지원으로 각광받고 있는 태양광 발전은 3 차 에너지기본계획으로 인해 2020 년 3 분기 기준 보급 용량 3.28GW를 도달 하였다. 이에 따른 인공지능(AI)기반 유지보수 시장은 19년 400 억원에서24 년 800 억원으로 추정되어 연평균 9% 성장할 것으로 전망된다. 태양광발전소는 태양광으로 생산되는 발전량을 최대화하고 균등화 발전단가(LCOE)를 저감하기 위해 유지보수(O&M)는 필수적으로 고려되어야 한다. 기존의 방식은 단순 계측과 실시간 동작상태 모니터링을 통한 상태기반정비(CBM)가 이루어졌으나 고장 발생 후 정상상태 복구를 위한 정비로 인해 수익 확보 및 운용안정성이 저하되었다. 보다 신뢰성 높은 운영을 위해 고장 전조(Precursor)기반의 고장원인 분석과 데이터 중심(Data-driven) 분석결과에 기초한 시정 계획이 수립이 되어야 하며 이를 머신 러닝을 통한 빅데이터 학습으로 인공지능(AI) 유지보수(O&M) 계획이 수립되어야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 태양광 발전 시스템의 고장진단 대상설정(Target Decision), 발전출력 저하 및 결함 특성 검출 특성 확인(Big Data Collection), 출력 감소 특성 도출 및 결함(고장‧열화) 메커니즘 모델링 기반 이상 상태 분석(Dig Data Analysis), 고장모드별 고장 진단 Knowledge DB 및 Matrix 기반 고장 예지 알고리즘 개발(Prediction Modeling), 고장 확진 및 유지보수(Decision Making) 실증방법을 검토하였다. 도출된 결과를 통해 MW 급 태양광발전소를 위한 운용 안정성 개선 균등화 발전단가(LCOE) 저감을 위한 고장 물리(Physics of Failure)기반 지능형 유지보수(Operating and maintenance) 의사결정법을 제시하고자 한다. Solar power generation, which is in the spotlight as a major energy source for new and renewable energy, reached 3.28GW of supply capacity as of the third quarter of 2020 due to the 3rd Basic Energy Plan. As a result, the artificial intelligence(AI)-based operation and maintenance(O&M) market is estimated to grow from 40 billion won in 2019 to 80 billion won in 2012, and is expected to grow by 9% on average annually. For solar power plants, O&M must be considered indispensable to maximize the amount of generation produced by solar power and to reduce the equalized power generation cost(LCOE). In the existing method, condition-based maintenance(CBM) was performed through simple measurement and real-time monitoring of the operating state, but the securing of profits and operational stability were deteriorated due to maintenance to restore the normal state after a failure occurred. For more reliable operation, it is necessary to analyze the cause of failure based on a failure precursor. In addition, a corrective plan based on the results of data-driven analysis should be established. In addition, an AI O&M plan should be established through big data learning through machine learning. In this study, for the reliability of the PV system, fault condition analysis based on target decision, generation output deterioration and defect characteristic detection characteristic check (Big Data Collection), output reduction characteristic deduction and defect (failure/deterioration) mechanism modeling (Dig Data Analysis), failure diagnosis knowledge DB for each failure mode, and matrix-based failure prediction algorithm development (Prediction Modeling), failure diagnosis and maintenance (Decision Making) verification methods were reviewed. Through the derived results, we propose an intelligent operating and maintenance decision-making method based on Physics of Failure to improve operational stability and reduce LCOE for MW-class solar power plants.

고출력 형광체변환 백색 LED의 가속수명 시험방법 고찰

천성일 ( Sung Il Chan ),장중순 ( Joong Soon Jang ) 대한설비관리학회 2010 대한설비관리학회지 Vol.15 No.3

This paper is to review accelerated life tests (ALTs) for high power phosphor converted white LEDs. Operating current and temperature have been normally used as the factors of accelerating stresses. Recently, however, humidity is also considered as an effective stress factor for accelerating the failure of LED packages. This paper summarizes the methods and results of ALTs proposed since the start of high power LED lighting, and the future direction of the designing ALTs is briefly discussed.

형광체 변환 고출력 백색 LED 패키지의 가속 열화 스트레스

천성일,장중순,Chan, Sung-Il,Jang, Joong-Soon 한국마이크로전자및패키징학회 2010 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.17 No.4

포화 수증기압이 고출력 형광체 변환 백색 LED 패키지의 열화현상에 미치는 주요 스트레스 인자임을 확인하였다. 또한 LED 패키지의 가속 수명시험을 통하여 포화 수증기압이 효과적인 가속 스트레스 인자임을 확인하였다. 실험조건은 350 mA 전류를 인가한 것과 인가하지 않은 2가지 조건에 대해 $121^{\circ}C$, 100% R.H. 환경에서 최대 168 시간동안 진행하였다. 실험결과 두 실험 모두 광 출력 감소, 스펙트럼 세기의 감소, 누설전류 및 열 저항이 증가하였다. 고장분석 결과 광 특성의 열화는 봉지재의 변색과 기포에 의해 발생한 것으로 나타났다. LED 패키지의 변색과 흡습에 의해 유발되는 기계적 (hygro-mechanical) 스트레스에 의한 기포 발생은 패키지 열화의 중요한 인자로써, 포화 수증기압이 고출력 LED의 수명시험 시간을 단축하기 위한 스트레스 인자로 적합함을 알 수 있었다. We found that saturated water vapor pressure is the most dominant stress factor for the degradation phenomenon in the package for high-power phosphor-converted white light emitting diode (high power LED). Also, we proved that saturated water vapor pressure is effective acceleration stress of LED package degradation from an acceleration life test. Test conditions were $121^{\circ}C$, 100% R.H., and max. 168 h storage with and without 350 mA. The accelerating tests in both conditions cause optical power loss, reduction of spectrum intensity, device leakage current, and thermal resistance in the package. Also, dark brown color and pore induced by hygro-mechanical stress partially contribute to the degradation of LED package. From these results, we have known that the saturated water vapor pressure stress is adequate as the acceleration stress for shortening life test time of LED packages.

결정계 PV 모듈에 대한 고장 메커니즘 검토

김정연,김주희,천성일,임동건,김양섭,Kim, Jeong-Yeon,Kim, Ju-Hee,Chan, Sung-Il,Lim, Dong-Gun,Kim, Yang-Seob 한국전기전자재료학회 2014 전기전자재료학회논문지 Vol.27 No.6

It is summarized that potential causes of performance degradations and failure mechanisms of crystalline silicon photovoltaic (PV) modules installed in Middle East area. In addition, we also reviewed current PV module qualification test (IEC 61215) and the methods for detection of wear-out fault. The failure of PV modules in the extreme environmental conditions such as deserts is mainly due to high temperature, humidity, and dust storms. In particular, cementation phenomenon caused by combination of sand and moisture leads to rapid degradation in the performance of PV modules. In order to evaluate and guarantee the long term reliability of PV modules, specific qualification tests such as sand dust test, salt mist test and potential induce degradation test considering operating environment of PV module should be carried out.

PERC 태양전지 모듈의 출력저하 방지를 위한 모스아이(Moth-eye) 광학필름 연구

오경석,박지원,최진영,천성일,Oh, Kyoung-suk,Park, Jiwon,Choi, Jin-Young,Chan, Sung-il 한국마이크로전자및패키징학회 2020 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.27 No.4

태양광 발전소에 설치된PERC 태양광 모듈 스트링-어레이는 고전압의 전위차로 인해 여전히 potential-induced degradation(PID) 열화 현상이 여전히 보고되고 있다. 이는 태양전지 모듈 커버글라스의 Na+ 이온이 태양전지 봉지재(EVA)를 투과하여 셀 표면으로 전이되고 결함이 많이 분포되어 있는 ARC(SiOx/SiNx) 계면에 양전하가 축적됨으로써 shunt-Resistance(Rsh)가 감소되고 누설전류량이 증가되어 태양전지 출력이 저하되는 현상이다. 본 연구에서는 이를 방지하기 위해 나노임프린트 리소그래피(nano-imprint lithography, NIL) 방식을 이용하여 모스아이(Moth-eye) 나노 구조를 광학 필름 후면에 증착 하였고, 이를 커버글라스와 EVA 사이에 삽입하여 태양광 미니 모듈을 구성하였다. PID 열화 현상을 확인하기 위해 IEC 62804-1 규격에 기반한 셀 단위 PID 열화가속시험을 진행하였고, Light I-V, Dark I-V 분석을 통해 출력(Pmax), 효율(Efficiency), 병렬 저항(shunt resistance)을 확인하였다. 그 결과 기존의 태양전지는 초기 효율 19.76%에서 6.3% 감소하였으나 모스아이 나노 구조 광학 필름(Moth-eye film)이 적용된 태양전지는 0.6% 만 감소하여 PID 열화 현상이 방지되는 것을 확인하였고, 모스아이 나노구조를 통해 투과도가 4% 향상되어 미니 모듈 출력이 2.5% 향상되었다. The PERC photovoltaic (PV) modules installed in PV power plant are still reports potential-induced degradation (PID) degradation due to high voltage potential differences. This is because Na+ ions in the cover glass of PV modules go through the encapsulant (EVA) and transferred to the surface of solar cells. As positive charges are accumulated at the ARC (SiOx/SiNx) interface where many defects are distributed, shunt-resistance (Rsh) is reduced. As a result, the leakage current is increased, and decrease in solar cell's power output. In this study, to prevent of this phenomenon, a Moth-eye nanostructure was deposited on the rear surface of an optical film using Nano-Imprint Lithography method, and a solar mini-module was constructed by inserting it between the cover glass and the EVA. To analyze the PID phenomenon, a cell-level PID acceleration test based on IEC 62804-1 standard was conducted. Also analyzed power output (Pmax), efficiency, and shunt resistance through Light I-V and Dark I-V. As a result, conventional solar cells were decreased by 6.3% from the initial efficiency of 19.76%, but the improved solar cells with the Moth-eye nanostructured optical film only decreased 0.6%, thereby preventing the PID phenomenon. As of Moth-eye nanostructured optical film, the transmittance was improved by 4%, and the solar module output was improved by 2.5%.

PERC 태양전지 ARC 구조 기반 셀 단위 PID 열화 방지 연구

오경석(Kyoung-suk Oh),천성일(Sung-il Chan) 한국태양에너지학회 2019 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.10

광기기 저장매체 구동용 BLDC 모터의 신뢰성 평가기준

송병석(Byeong Suk Song),천성일(Sung il Chan),정해성(Hai Sung Jeong),백재욱(Jaiwook Baik) 한국신뢰성학회 2009 신뢰성응용연구 Vol.9 No.1

BLDC motors are stored in the devices such as CD-RW, COMBO, DVD-ROM and CD-ROM. It is indispensable to establish reliability assessment criteria for BLDC motors, especially in the world where IT grows rapidly. In this article, reliability certification procedure is given. The reliability certification procedure consists of two separate tests such as quality certification test and lifetime test. The former quality certification test comprises general performance test and environmental test. Items which pass the test undergo lifetime test which guarantees the extent of mean lifetime with certain confidence.

후막 칩 저항기의 가속수명시험

김명수(Myung Soo Kim),천성일(Sung Il Chan),송병석(Byeng Suk Song),이관훈(Kwan Hun Lee) 대한설비관리학회 1999 대한설비관리학회지 Vol.4 No.3

N/A This paper presents the accelerated life testing of a thick film chip resistor for estimating its mean time to failure at design stress. Temperature is used as an accelerating variable. 300 test units are allocated at 40°C, 55°C and 70°C in the proportion

Radiation hard power MOSFET 강건 설계를 위한 셀 구조특성 최적화 연구

오경석(Kyoung-suk Oh),천성일(Sung-il Chan),유운용(UnYong Yu),이기현(Kihyun Lee),김연정(Yeonjeong Kim),김권제(Gwon-Je Kim) 한국항공우주학회 2021 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2021 No.11