WDM-PON 시스템용 저가형 Fiber Grating Laser의 제작 및 성능 분석

조승현,이우람,이지현,박재동,김병휘,강민호,신동욱,Cho, Seung-Hyun,Lee, Woo-Ram,Lee, Jie-Hyun,Park, Jae-Dong,Kim, Byoung-Whi,Kang, Min-Ho,Shin, Dong-Wook 한국광학회 2005 한국광학회지 Vol.16 No.1

Fiber-Bragg-grating external cavity laser(FGL) modules were fabricated and experimentally analyzed. Proposed as a cost-effective solution for optical sources in the WDM-PON access network, FGL modules were packaged to TO-CAN type. We obtained a low threshold current of 13 mA, and an optical output power of 3.6 mW with a bias current of 60 mA at $25^{\circ}C$. The lasing wavelength dependencies on current and temperature were as small as 5.2 pm/mA and 30 pm/$^{\circ}C$, respectively. These change rates of the wavelength with the temperature and current are smaller than those of the DFB laser. Single-mode oscillations with the side-mode suppression ratio(SMSR) over 30 dB are maintained above the threshold current level. The FGL modules can be directly modulated at 155 Mbps, PRBS(2$^{23}$ -1) NRZ signal. Through the BER plots, we did not see the significant degradations before and after the transmission over 20km of the SMF at 155 Mb/s. 광섬유 브라그 격자를 외부 공진기로 사용하는 레이저 다이오드(이하 FGL : fiber grating laser 이라 약칭함)를 제작한 후 그 성능을 실험적으로 측정하고 분석하였다. FGL을 WDM기반의 수동형 광 가입자망 시스템에 적용하기 위해서는 저가 구현이 필수적이며, 이를 위해, TO-CAN 형태의 모듈로 패키징하였다. 제작된 FGL의 동작 전류 대 광 출력 특성을 측정한 결과, $25^{\circ}C$에서 60 mA일때 약 3.6 mW를 얻을 수 있었고 주입 전류 변화에 따른 발진 파장의 변화율은 5.2 pm/mA이었다. 또한, FGL의 온도 변화에 따른 발진 파장의 변화율은 30 pm/$^{\circ}C$로 주변 온도 변화에 대한 발진 파장의 안정도가 매우 우수함을 확인하였다. 문턱 전류 이상의 동작전류 영역에서 각각 30 dB 이상의 양호한 주변 모드 억압비(SMSR)를 얻을 수 있었고, 단일 종 모드 발진 특성을 유지함을 확인하였다. 제작된 FGL의 전송 성능을 분석하기 위하여 155 Mb/s의 NRZ 신호로 직접 변조 실험을 수행하였다. BER 성능을 측정한 결과. 단일 모드 광섬유 20 km를 통과하더라도 광경로 파워 페널티가 발생하지 않았고 수신파워가 -37.5 dBm 이상에서 BER<$10^{-9}$ 을 얻을 수 있었다.

인쇄회로기판 $B^2it$(Buried Bump Interconnection Technology) 구조의 열적-기계적 거동특성 해석

조승현,장태은,Cho, Seung-Hyun,Chang, Tae-Eun 한국마이크로전자및패키징학회 2009 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.16 No.2

Although thin PCBs(Printed Circuit Boards) have recently been required for high density interconnection, high electrical performance, and low manufacturing cost, the utilization of thin PCBs is severely limited by warpage and reliability issues. Warpage of the thin PCB leads to failure in solder-joints and chip. The $B^2it$(Buried Bump Interconnection Technology) for PCB has been developed to achieve a competitive manufacturing price. In this study, chip temperature, package warpage, chip stress and solder-joints stress characteristics of the PCB prepared with $B^2it$ process have been calculated using thermo-mechanical coupled analysis by the FEM(Finite Element Method). FEM computation was carried out with the variations in bump shapes and kinds of materials under 1.5W power of chip and constant convection heat transfer. The results show that chip temperature distribution reached more quickly steady-state status with PCB prepared with $B^2it$ process than PCB prepared with conventional via interconnection structure. Although $B^2it$ structures are effective on low package warpage and chip stress, with high strength bump materials arc disadvantage for low stress of solder-joints. Therefore, it is recommended that optimized bump shapes and materials in PCB design should be considered in terms of reliability characteristics in the packaging level. 최근 인쇄회로기판(PCB)의 제품트랜드는 박형화, 고밀도화로 대표되지만 휨(Warpage) 억제, 신뢰성확보와 같은 기술적 난제로 인해 박형화와 고밀도화에 많은 제약을 받고 있다. $B^2it$(Buried Bump Interconnection Technology) 공법은 기판의 핵심공정 중 하나인 드릴링 공정이 생략되어 인쇄회로기판을 낮은 제조비용으로 박형화할 수 있는 기술로 개발되고 있다. 본 논문은 $B^2it$공법이 적용된 인쇄회로기판의 열적-기계적 거동특성을 유한요소해석(FEA)을 통해 고찰한 논문으로서 패키징레벨에서 방열효과와 신뢰성 등에 벙프의 재료, 형상 등이 미치는 영향 등을 분석하였다. 해석결과에 의하면 $B^2it$공법이 적용한 인쇄회로기판은 기존 비아구조를 가진 인쇄회로기판에 비해 칩에서 발생하는 열의 확산이 신속하고 패키징의 휨을 억제하는데도 유리하며 칩에서 발생하는 응력도 낮추지만 솔더-조인트의 응력은 증가시키게 된다. 따라서 패키징의 신뢰성을 향상시키기 위해서는 범프의 형상, 재료 등을 패키징을 구성하고 있는 모든 요소들을 고려하여 최적화하는 것이 필요하다.

흑미 무논점파 재배방법에 따른 수량 및 품질특성과 잡초방제체계

조승현,이덕렬,이송이,이기권,Cho, Seung-Hyun,Lee, Deok-Ryeol,Lee, Song-I,Lee, Ki-Kwon 한국잡초학회 한국잔디학회 2017 Weed & Turfgrass Science Vol.6 No.3

흑미를 이용한 무논점파 재배방법에 따른 입모, 수량, 품질특성 등을 구명하고 효과적인 잡초방제체계를 결정하여 재배안정화를 유도함으로써 흑미를 이용한 무논점파 재배의 보급 확대를 위한 기초자료를 제공하고자 수행하여 얻어진 결과는 다음과 같다. 흑미 무논점파 재배에서의 효과적인 잡초방제체계는 제초효과가 높고 약해에도 안전하였던 bromobutide thiobencarb (파종 전 5일) followed by bensulfuron mefenacet thiobencarb (파종 후 12일) 체계처리가 유리할 것으로 판단되었다. 파종시기 및 재식밀도에 따른 흑미의 입모수는 파종시기가 늦어지고 재식밀도가 높아질수록 증가하였으며 출수기는 파종시기가 늦어질수록 지연되었으나 재식밀도별로는 차이가 나타나지 않았다. 흑미의 가장 중요한 품질요소인 안토시안함량은 파종시기가 늦어지고 재식밀도가 낮아질수록 높아지는 경향이었으며 완전 착색 현미수량은 5월 30일과 6월 10일 파종 $3.3m^2$당 80주에서 이앙재배 대비 99% 수준으로 가장 높게 나타났다. 이상의 결과들을 종합해 보면 흑미를 이용하여 무논점파 재배를 할 경우 적정 재식밀도는 $3.3m^2$당 80주였고 중만생종 품종으로 사료맥류 후작인 6월 10일 파종까지는 수량감소가 거의 없어 안전하게 재배가 가능하며 식용맥류 후작인 6월 20일 파종에서는 중만생종 품종은 지양하고 조생종 품종을 선택하여야만 비교적 안전하게 재배가 가능할 것으로 판단되었다. This study was conducted to investigate the change of yield and quality according to seeding time and planting density and to determine effective weed control method in wet-hill-seeding use black colored rice. The most effective weed control system was application of bromobutide thiobencarb five days before seeding followed by bensulfuron mefenacet thiobencarb 12 days after seeding (barnyardgrass at 2.5-3.0 leaf stage). The seedling stand by seeding time and planting density increased with the delay seeding time and high planting density. The heading dates were delayed as the seeding time became late but no difference was found between planting density. The anthocyanin content of black colored rice was higher at late seeding time and lower planting density. The yield of full colored rice was high 80 plants per $3.3m^2$ in seeding on May 30 and June 10. This information could be useful for spreading rice direct seeding by inducing stabilization of wet-hill-seeding use black colored rice.

수치해석을 이용한 FCCSP용 Embedded PCB의 Cavity 구조에 따른 거동특성 연구

조승현,이상수,Cho, Seunghyun,Lee, Sangsoo 한국마이크로전자및패키징학회 2020 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.27 No.1

본 논문에서는 FEM(유한요소) 기법을 사용하여 FCCSP용 임베디드 PCB의 캐비티 구조와 프리프레그 재료의 종류에 따라 PCB에서 발생한 warpage와 von Mises 응력 해석을 수행하였다. 유한요소 해석에는 1/2 substrate 모델과 정적해석이 적용되었다. warpage 해석 결과에 의하면 칩이 실장되는 캐비티와 칩의 간격이 증가할수록 warpage가 증가하였고, 탄성계수와 열팽창계수가 높은 프리프레그 재료를 적용했을 때 warpage가 증가하였다. 응력의 해석결과에 따르면 칩이 실장되는 캐비티와 칩의 간격의 영향은 프리프레그 재료에 따라 다르게 나타났다. 즉 열팽창계수가 코어재료보다 월등히 높은 재료를 적용했을 때 칩이 실장되는 캐비티와 칩의 간격이 증가할수록 응력이 증가하였고, 열팽창계수가 코어재료보다 낮은 프리프레그를 적용하면 응력이 감소하였다. 이와 같은 결과는 신뢰성 관점에서 실장된 칩이 실장되는 캐비티의 구조와 프리프레그 재료간 상관관계가 있음을 시사하고 있다. In this paper, we used FEM technique to perform warpage and von Mises stress analysis on PCB according to the cavity structures of embedded PCB for FCCSP and the types of prepreg material. One-half substrate model and static analysis are applied to the FEM. According to the analysis results of the warpage, as the gap between the cavity and the chip increased, warpage increased and warpage increased when prepreg material with higher modularity and thermal expansion coefficient was applied. The analysis results of the von Mises stress show that the effect of the gap between the cavity and the chip varies depending on prepreg material. In other words, when material whose coefficient of thermal expansion is significantly higher than that of core material, the stress increased as the gap between the cavity and the chip increased. When the prepreg with the coefficient of thermal expansion lower than the core material is applied, the result of stress is opposite. These results indicate that from a reliability perspective, there is a correlation between the structure of the cavity where embedded chips are loaded and prepreg material.

선박 추진 장치를 위한 저속영역에서 최대토크를 가지는 고출력 BLDC 모터의 설계

조승현,빈재구,조수억,최철,김철우,Cho, Seung-Hyun,Bin, Jae-Gu,Cho, Soo-Eok,Choi, Chul,Kim, Chul-Woo 전력전자학회 2004 전력전자학회 논문지 Vol.9 No.2

본 논문은 선박 추진 장치를 위한 저속 영역에서 최대 토크를 내는 대용량 BLDCM(Brushless DC motor)의 설계에 관한 연구이다. 기존의 추진 장치용 모터는 직류기 및 권선형 유도 전동기 등을 사용함으로 인하여 유지 보수가 필요하였다. 본 논문에서는 유지 보수가 필요 없고 저속에서 큰 토크를 발생 할 수 있는 BLDCM 설계를 하였다. 설계시 출력 리플 및 진동, 소음을 유발하는 코깅 토크 저감을 고려하기 위해 설계변수로 공극길이와 자극 각 등을 취하여 이의 변화에 대한 최저 코깅 토크를 가지는 최적형상을 구하고, 전동기 특성을 FEM과 Maxwell stress tensor법을 이용하여 해석하였다. 최저의 코깅 토크를 가지며 저속영역에서 최대 토크를 발생 할 수 있는 선박 추진 장치용 SPM type의 BLDCM을 설계하였다. Recently, development of rare earth permanent magnet with the high remanence, high coercivity allows the design of brushless motors with very high efficiency over a wide speed range. Cogging torque is produced in a permanent magnet by magnetic attraction between the rotor mounted permanent magnet and the stator teeth. It is an undesired effect that contributes to output ripple, vibration, and noise of machine. This cogging torque can be reduced by variation of magnet arc length, airgap length, magnet thickness, shifting the magnetic pole and varying the radial shoe depth and etc. In this paper, some airgap length and magnet arc that reduce cogging torque are found by finite element method(FEM) and Maxwell stress tensor method. The SPM(Surface Permanent Magnet) type of high-power Brushless DC (BLDC) motor is optimized as a sample model.

PoP용 Substrate의 Warpage 감소를 위해 유한요소법을 이용한 설계 파라메타 연구

조승현,이상수,Cho, Seunghyun,Lee, Sangsoo 한국마이크로전자및패키징학회 2020 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.27 No.3

본 논문에서는 FEM(유한요소) 기법을 사용하여 칩이 실장되는 않은 substrate와 칩이 실장된 substrate의 warpage를 해석하여 칩의 실장이 warpage에 미치는 영향을 비교·분석하였다. 또한, warpage를 감소시키기 위한 substrate의 층별 두께의 영향도 분석과 층별 두께 조건을 다구찌법에 의한 신호 대 잡음 비로 분석하였다. 해석 결과에 의하면 칩이 실장되면 substrate의 warpage는 패턴의 방향이 변할 수 있고, 칩이 실장되면서 패키지의 강성도(stiffness)가 증가하고, 패키지 상·하의 열팽창계수의 차이가 작아지면서 warpage는 감소하였다. 또한, 칩이 실장되지 않은 substrate를 대상으로 설계 파라메타의 영향도 분석 결과에 의하면 warpage를 감소시키기 위해서는 회로층 중에서 내층인 Cu1과 Cu4를 중점 관리하고, 다음으로 바닥면의 solder resist 층의 두께와 Cu1과 Cu2 사이의 프리프레그 층의 두께를 관리해야 한다. In this paper, we calculated the warpage of bare substrates and chip attached substrates by using FEM (Finite Element Method), and compared and analyzed the effect of the chips' attachment on warpage. Also, the effects of layer thickness of substrates for reducing warpage were analyzed and the conditions of layer thickness were analyzed by signal-to-noise ratio of Taguchi method. According to the analysis results, the direction of warpage pattern in substrates can change when chips are attached. Also, the warpage decreases as the difference in the CTE (coefficient of thermal expansion) between the top and bottom of the package decreases and the stiffness of the package increases after chips are loaded. In addition, according to the impact analysis of design parameters on substrates where chips are not attached, in order to reduce warpage, the inner layers of the circuit layer Cu1 and Cu4 has be controlled first, and then concentrated on the thickness of the solder resist on the bottom side and the thickness of the prepreg layer between Cu1 and Cu2.

카본 CCL이 적용된 PCB의 열거동 및 신뢰성 특성 연구

조승현,김정철,강석원,성일,배경윤,Cho, Seunghyun,Kim, Jeong-Cheol,Kang, Suk Won,Seong, Il,Bae, Kyung Yun 한국마이크로전자및패키징학회 2015 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.22 No.4

본 논문에서는 HDI(High Density Interconnection) 기판의 코어로 사용될 수 있는 카본 CCL(Copper Claded Layer)의 열거동 및 신뢰성 특성을 실험과 CAE를 이용한 수치해석을 통해 평가하였다. 카본 CCL의 특성평가를 위해 기존 FR-4 코어와 heavy cu 코어와 비교하였다. 연구결과에 의하면 pitch계열 카본코어가 적용된 PCB의 휨강도가 가장 높고 온도에 따른 변형량이 가장 낮았다. 또한, HDI 신뢰성평가 기준의 TC(Thermal Cycling), LLTS(Liquid-to-Liquid Thermal Shock), Humidity 실험을 통해 카본코어가 적용된 PCB는 신뢰성이 확보되었음을 확인하였다. 카본 파이버에 의한 불균일한 비아홀의 표면형상 여부와 드릴비트 마모 가능성을 분석하였는데 비아홀의 표면은 균일하고, 드릴비트의 표면도 매끄러워 카본 CCL의 우수한 드릴가공성도 확인하였다. In this paper, the Thermal behavior and reliability characteristics of carbon CCL (Copper Claded Layer), which can be used as the core of HDI (High Density Interconnection) PCB (Printed Circuit Board) are evaluated through experiments and numerical analysis using CAE (Computer Aided Engineering) software. For the characterization of the carbon CCL, it is compared with the conventional FR-4 core and Heavy Cu core. From research results, the deformation amount of the flexure strength of PCB is the highest with pitch grade carbon and thermal behavior of PCB is lowest as temperature increases. In addition, TC (Thermal Cycling), LLTS (Liquid-to-Liquid Thermal Shock) and Humidity tests have been applied in the PCB with carbon core and the reliability of PCB with carbon core is confirmed through reliability tests. Also, possibility of uneven surface of the via hole and wear of the drill bit due to the carbon fibers are analyzed. surface of the via hole is uniform, the surface of the drill bit is smooth. Therefore, it is proved that the carbon CCL has the drilling workability of the same level as conventional core material.

적외선검출기 READOUT CONTROLLER 개발

조승현,진호,남욱원,차상목,이성호,육인수,박영식,박수종,한원용,김성수,Cho, Seoung-Hyun,Jin, Ho,Nam, Uk-Won,Cha, Sang-Mok,Lee, Sung-Ho,Yuk, In-Soo,Park, Young-Sik,Pak, Soo-Jong,Han, Won-Yong,Kim, Sung-Soo 한국천문학회 2006 天文學論叢 Vol.21 No.2

We have developed a control electronics system for an infrared detector array of KASINICS (KASI Near Infrared Camera System), which is a new ground-based instrument of the Korea Astronomy and Space science Institute (KASI). Equipped with a $512{\times}512$ InSb array (ALADDIN III Quadrant, manufactured by Raytheon) sensitive from 1 to $5{\mu}m$, KASINICS will be used at J, H, Ks, and L-bands. The controller consists of DSP(Digital Signal Processor), Bias, Clock, and Video boards which are installed on a single VME-bus backplane. TMS320C6713DSP, FPGA(Field Programmable Gate Array), and 384-MB SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory) are included in the DSP board. DSP board manages entire electronics system, generates digital clock patterns and communicates with a PC using USB 2.0 interface. The clock patterns are downloaded from a PC and stored on the FPGA. UART is used for the communication with peripherals. Video board has 4 channel ADC which converts video signal into 16-bit digital numbers. Two video boards are installed on the controller for ALADDIN array. The Bias board provides 16 dc bias voltages and the Clock board has 15 clock channels. We have also coded a DSP firmware and a test version of control software in C-language. The controller is flexible enough to operate a wide range of IR array and CCD. Operational tests of the controller have been successfully finished using a test ROIC (Read-Out Integrated Circuit).

Elastic Textile Fabric Composite with High Electrical Conductivity as a Strain Sensor for Large Deformation

조승현,강태수,이준영,Cho, Seung-Hyun,Kang, Tae-Su,Lee, Jun-Young The Korean Fiber Society 2007 한국섬유공학회지 Vol.44 No.2

Elastic polypyrrole (PPy)/textile fabric composites with high electrical conductivity were prepared by coating PPy on an elastic nylon/spandex fabric through chemical and electrochemical oxidation of pyrrole in sequence. The electrical resistivity of the composite was extremely low as $0.2\;{\Omega}cm$ at fairly low PPy content. We investigated the effects of the preparation conditions on the properties of the resulting fabric such as PPy content, surface morphology and electrical conductivity. We also studied mechanoelectrical properties of the elastic fabric by measuring the change of electrical resistance during extension of the fabric, observing monotonic increase of the electrical resistance with the elongation. We suggest that electrically conducting elastic fabric can be used as a strain sensor for large deformation.

FCCSP용 기판의 warpage에 미치는 설계인자와 두께편차 영향에 대한 수치적 해석

조승현,정헌일,배원철,Cho, Seunghyun,Jung, Hunil,Bae, Onecheol 한국마이크로전자및패키징학회 2012 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.19 No.3

In this paper, numerical analysis by finite element method, parameter design by the Taguchi method and ANOVA method were used to analyze about effect of design deviations and thickness variations on warpage of FCCSP substrate. Based on the computed results, it was known that core material in substrate was the most determining deviation for reducing warpage. Solder resist, prepreg and circuit layer were insignificant effect on warpage relatively. But these results meant not thickness effect was little importance but mechanical properties of core material were very effective. Warpage decreased as Solder resist and circuit layer thickness decreased but effect of prepreg thickness was conversely. Also, these results showed substrate warpage would be increased to maximum 40% as thickness deviation combination. It meant warpage was affected by thickness tolerance under manufacturing process even if it were met quality requirements. Threfore, it was strongly recommended that substrate thickness deviation should be optimized and controlled precisely to reduce warpage in manufacturing process. 본 논문에서는 FCCSP용 기판의 휨에 미치는 설계인자와 두께편차의 영향도를 분석하고 최적설계조건을 도출하기 위해 유한요소법에 의한 수치해석을 사용하였고 다구찌법에 의한 파라메타설계와 분산분석을 수행하였다. 해석 결과에 의하면 휨에 미치는 영향은 코어재료가 가장 크고 층별 두께(솔더레지스트, 프리프레그, 회로층)의 영향도는 낮은 것으로 분석되었다. 이때 솔더 레지스트와 프리프레그의 두께는 감소할수록 기판 휨은 감소하지만 회로층의 두께는 증가할수록 기판 휨이 감소하였다. 또한, 기판 휨에 대한 두께편차의 영향도 분석결과에 의하면 두께편차의 조합에 따라 기판휨은 최대 40%까지 증가하였다. 이것은 비록 개별 층의 두께편차가 기판품질 수준에 부합하더라도 두께편차 조합조건에 따라 기판 휨이 크게 달라질 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 제조공정에서 기판 휨을 줄이기 위해서 기판두께편차는 최적화되고 정밀하게 제어되어야 한다.