• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.18-18
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• 2010

전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하고 또한, 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있는 압전 세라믹스는 압전 변압기 (piezoelectric transformer), 초음파 모터, 센서 등과 같은 응용분야에 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 전원장치에 있어서 현재 주요 전자제품에 사용되고 있는 권선형 변압기와 같은 전자 변환기의 대체품으로 압전 세라믹스 소재의 특성을 이용한 압전변압기의 개발과 응용연구는 국내외적으로 활발히 연구되어왔다. 압전변압기는 권선형 변압기와 비교 하였을 때 누설자속이 없어 노이즈 발생이 없고, 공진주파수만을 이용하므로 출력의 파형이 정현파에 가까워 고조파 잡음이 없으며, 불연성의 특징을 가지고 있다. 추가적으로 압전 변압기는 소형화, 슬림화, 경량화가 가능하며 90%이상의 높은 효율을 얻을 수 있다. 또한, 단판형 압전변압기의 출력한계를 개선하기 위해 높은 승압비와 고출력을 갖는 적층타입의 압전변압기가 제안되었다. 압전변압기용 조성 세라믹스는 높은 에너지 변환효율을 위해서 전기기계결합계수 ($k_p$)가 커야 하며, 발열에 의한 온도 상승을 억제하기 위하여 기계적 품질계수(Qm)가 큰 것이 바람직하다. 또한, 높은 전류를 발생하기 위해서는 유전상수가 커 압전변압기의 출력측 정전용량을 크게 하여야한다. 이러한 압전변압기의 제작 조건을 위해 우수한 압전 및 유전특성을 갖는 PZT계 세라믹스가 주로 사용 되어져 왔다. 그러나, PZT계 세라믹스의 우수한 압전 및 유전특성에도 불구하고 $1000^{\circ}C$에서 급격히 휘발하는 PbO의 성질 때문에 환경적으로나 인체의 건강문제로 인해 전세계적으로 그 사용량을 제한하고 있다. 또한 적층 압전변압기의 구조적 특성상 내부전극과 함께 소결하여야 하는데, 이때 소결온도가 높으면 값비싼 Pd합량이 높은 전극을 사용하여야 한다. Pd함량이 10%미만인 Ag/Pd 전극을 사용하기 위해서는 $950^{\circ}C$ 이하에서 저온소결이 가능한 세라믹스 제조가 필수적이라 할 수 있다. 소결온도를 낮추는 방법으로는 다른 물질들을 치환하여 소결온도를 낮추는 방법과 미세분말을 만들어 그레인사이즈를 미세화 하는 방법들이 있다. 많은 미세 분말 제조 방법 중에서 Attrition mill은 일반적인 ball mill에 비해 분말의 입도를 미세하게 할 수 있어 증가된 분말의 비표면적에 의하여 반응을 촉진시킴으로써 저온소결이 가능한 세라믹스를 만들 수 있다. 따라서 본 연구에서는 소결온도가 낮으면서도 유전 및 압전특성이 우수한 조성을 사용하여 적층 압전변압기를 제작하여 전기적 특성을 조사하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권2호
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• pp.55-61
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• 2010

탄탈륨실리사이드 히터가 내장된 소자를 Ag 페이스트와 Au SBB(Stud Bump Bonding)를 이용하여 Au가 코팅 된 기판에 각각 접합 하였다. 전단 테스트와 전류를 흐르면서 열 성능을 측정하였다. Au 스터드 범프 본딩의 최적 플립칩 접합조건은 전단 후 파괴면 관찰하여 설정하였으며, 기판 온도를 $350^{\circ}C$, 소자 온도를 $250^{\circ}C$에서 하중을 300 g/bump 로 하여 접합하는 경우가 최적 조건이였다. 히터에 5 W 인가시 소자의 온도는 Ag 페이스트를 이용한 접합의 경우 최대 온도는 약 $50^{\circ}C$이었으며, Au 금속층을 갖고 있는 실리콘 기판에 Au 스터드 본딩으로 접합된 인 경우 약 $64^{\circ}C$를 나타내었다. 기판과의 접촉면적이 와이어본딩과 Au 스터드 범프 본딩 가 약 300배가 차이가 나는 경우 약 $14^{\circ}C$ 차이를 나타내었고, 전사모사를 통하여 접합면의 접촉저항이 중요한 이유임을 알 수 있었다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제22권9호
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• pp.897-903
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• 2011

본 논문에서는 InGaP/GaAs hetero-junction bipolar transistor(HBT)를 이용하여 900 MHz에서 동작하는 1 W급 선형 전력 증폭기를 설계 및 검증하였다. 온도 변화에 따른 증폭기의 특성 변화를 최소화하기 위해 능동 바이어스 회로를 구성하였다. 전류 붕괴(current collapse)와 열 폭주(thermal runaway)를 방지하기 위하여 ballast 저항을 삽입하여 전력 증폭기의 성능 및 신뢰성을 최적화하였다. 제작된 선형 전력 증폭기는 중심 주파수 900 MHz의 one-tone 신호를 사용하였을 때, 17.6 dB의 전력 이득과 30 dBm의 OP1dB를 가지며, 이때 44.9 %의 PAE를 갖는다. 또한, two-tone 신호를 인가하였을 때, 20 dBm의 평균 출력 전력에서 47.3 dBm의 매우 높은 OIP3를 갖는다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제40권4호
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• pp.65-73
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• 2003

본 논문은 진동형 각속도 검출 센서로부터 각속도 신호를 검출하는 애널로그 신호처리 ASIC의 구현에 관한 것이다. 각속도 검출 센서의 출력은 구조적으로 콘덴서의 용량변화로 나타나므로 이를 검출하기 위하여 전하 증폭기를 이용하였으며, 센서의 구동에 필요한 자체발진회로는 각속도 검출 센서의 공진 특성을 이용한 정현파 발진회로로 구현하였다. 특히 센서의 제조 공정으로 인한 특성 변화나 온도 변화와 같은 외부 요인에 의한 자체발진특성의 열화를 방지하기 위하여 자동이득조절회로를 사용하였다. 진동형 각속도 검출 센서의 동작특성에 의하여 진폭변조 형태로 나타나는 각속도 신호를 검출하기 위하여 동기검파회로를 사용하였다. 동기검파회로에서는 반송파의 크기에 따라 검파신호의 크기가 달라지는 현상을 방지하기 위하여 스위칭 방식의 곱셈회로를 사용하였다. 설계된 칩은 0.5㎛ CMOS 공정으로 구현하였으며, 1.2㎜×1㎜의 칩 크기로 제작되었다. 실험 결과 3V의 전원전압에서 3.6mA의 전류를 소비하였으며, 칩과 각속도 센서를 결합한 정상동작상태에서 직류에서 50㎐까지 잡음 스펙트럼 밀도는 -95 dBrms/√㎐에서 -100 dBrms/√㎐ 사이에 존재하였다.

• 접착 및 계면
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• 제21권3호
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• pp.107-112
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• 2020

원자층 두께의 전이금속 칼코겐화합물(transition-metal dichalcogenide, TMD) 기반 반도체 소재는 그래핀과 비슷한 구조의 이차원구조를 지니는 소재로서 조절 가능한 밴드갭 뿐만 아니라 우수한 유연성, 투명성 등 다양한 장점으로 인해 다양한 미래사회의 전자소자에 활용될 수 있는 소재로서 각광받고 있다. 하지만 이러한 TMD 소재들은 수분과 산소에 매우 취약하다는 단점 때문에 대기안정성을 해결할 수 있는 다양한 시도가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 핫픽업 전사기술을 이용하여 TMD 반도체 소재 중 하나인 WSe₂ 와 이차원 절연체 h-BN와의 수직 헤테로 구조를 제작하여 WSe₂의 대기 안정성을 향상시키기 위한 연구를 수행하였으며, h-BN/WSe₂ 구조를 활용하여 WSe₂ 기반 고성능 전계효과 트랜지스터 제작에 대한 연구를 수행하였다. 제작된 소자의 전기적 특성을 분석한 결과, h-BN에 의해 표면이 안정화된 WSe₂ 기반 소자는 대기안정성 뿐만 아니라 150 ㎠/Vs의 상온 정공 이동도, 3×10⁶의 온/오프 전류비, 192 mV/decade의 서브문턱스윙 등 우수한 전기적 특성을 갖는다는 것 또한 확인할 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.130-130
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• 2017

Au 합금 도금층은 내마모성 및 내식성이 우수하고 접촉저항이 낮기 때문에, 커넥터, 인쇄회로기판 등과 같은 전자부품의 접속단자부에 널리 적용되고 있다. 각 부품들을 효과적으로 전기적 신호를 통해 연결하기 위해서는 낮은 접촉저항이 요구되며, 이러한 Au 합금 도금층의 접촉저항은 합금 원소의 종류 및 함량, 용융 솔더와 전자부품을 고정시키는 표면실장공정에서 받는 theremal aging의 온도와 시간에 따라 변화된다. 현재 전자부품용 커넥터에 실시되고 있는 금 합금도금은 Au-0.3wt%Co합금, Au-0.2wt%Ni합금도금이 대부분 적용되고 있으며, 높은 순도(금 함유량 99.7wt%이상)로 인하여 금 사용량을 절감하기 어려운 실정이다. Sn은 Au와 높은 고용률을 갖는 합금을 형성하는 장점을 갖고 있기에 금 사용량 절감에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 Sn을 합금 원소로 사용하여 높은 Sn함량을 갖는 Au 합금 도금층을 제작하고, 무연솔더의 융점보다 더 높은 온도인 533K에서 thermal aging을 실시하여, Sn함량별로 thermal aging에 따른 접촉저항과 솔더퍼짐성의 변화를 기존의 Co, Ni합금과 비교 조사하였다. 또한, 표면분석을 통하여 Au-Sn합금 도금층의 접촉저항이 변화하는 요인에 대해서도 고찰하였다. 표면적 $0.2dm^2$의 순수 동 시편 위에 약 $2{\mu}m$두께의 Ni도금을 실시한 후 Sn 함량을 다르게 준비한 도금 용액(Au 6g/L, Sn 1~8g/L)을 사용하여 Au-Sn합금 도금을 실시하였다. Au-Sn합금 도금층은 전류밀도 0.5ASD, 온도 $40^{\circ}C$에서 약 $0.1{\mu}m$두께가 되도록 도금하였으며, 두께는 형광X선 도금두께측정기로 측정하였다. 금 합금 도금층 내의 Sn함량은 Ti시편 위에 도금한 Au-Sn합금층을 왕수에 용해시킨 다음, ICP를 사용하여 분석하였다. Au-Sn합금 도금층의 접촉저항은 준비된 시편을 533K에서 1분 30초, 3분, 6분 간 열처리한 후, 5회 접촉저항을 측정하여 그 평균값으로 하중에 따른 금 합금 도금층의 접촉저항을 비교하였다. 솔더링성은 솔더볼을 합금 표면에 솔더페이스트를 이용하여 붙인 뒤 533K에서 30초간 열처리하고, 열처리 후 솔더볼의 높이 변화를 측정해 열처리 전 솔더볼의 높이에 비해 퍼진정도를 측정하였다. 또한, 도금층 내의 Sn함량에 따라서 접촉저항이 변화하는 요인을 분석하기 위해서 X선 광전자 분광기를 이용하여 도금층 표면의 정량 분석 및 화학적 결합상태를 분석하였다. ICP분석결과 Au-Sn합금층 내의 Sn함량은 도금용액의 조성별로 9~12wt% Sn 합금층이 형성된 것을 알 수 있었고 기존의 Au-Ni, Au-Co 합금층과 비교해 합금함량이 크게 증가된 것을 알 수 있었다. 또한 접촉저항 측정 결과, 기존의 Au-Ni, Au-Co합금층의 접촉저항과 비교했을 때 Au-Sn합금층의 접촉저항이 더 낮은 것을 알 수 있었다. 또한, 솔더퍼짐성 측정 결과 기존의 Au-Ni, Au-Co합금층과 비교해 솔더퍼짐성이 우수한 것을 확인할 수 있었다. 따라서 전자부품용 접점재료에 합금함량이 높은 Au-Sn합금층을 적용시키면 더 우수한 커넥터의 성능을 얻을 수 있을 뿐 아니라 경제적으로 큰 절약 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

• 유기물자원화
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• 제20권1호
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• pp.41-49
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• 2012

이형반응기 미생물연료전지(MFC) 시스템의 전기생산에 미치는 운전온도 및 전극간 거리의 영향에 관한 실험실 규모 실험을 수행하였다. 외부저항이 $(100\;{\Omega})$인 조건에서 시스템의 평균온도가 $30^{\circ}C$에서 $34^{\circ}C$로 증가할 때 외부저항 양단의 전압은 약 1.4배 증가하였다. 운전온도의 증가는 MFC의 OCV(open circuit voltage)를 증가시키며, 전극간 거리가 감소하고 운전온도가 증가함에 의해 최대전력이 얻어지는 전류가 상승하는 것으로 나타났다. MFC 시스템의 운전온도 증가에 의해 모든 전극간 거리조건에서 최대전력밀도가 크게 증가하였다. 시스템의 평균온도가 $4^{\circ}C$로 증가할 때 5~10 cm의 전극간 거리에서 얻어지는 최대전력밀도는 1.9~2.4배 증가하였고 동일한 온도조건에서는 전극간 거리가 감소할수록 전력수율이 증가하였다. MFC의 전기생산에 미치는 운전온도와 전극간 거리의 영향은 시스템의 내부저항과 밀접하게 관련되어 있는 것으로 나타났다. 즉, MFC의 운전온도가 증가하고 전극간 거리가 감소함에 의해 시스템의 내부저항이 감소함으로써 전기생산이 증가하였다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제30권4호
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• pp.121-127
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• 2016

본 논문에서는 대전류공급장치(PCITS)에 의해 소손된 강이음쇠형(iron fittings type) 금속플렉시블호스(CSST)의 구조 및 전기적 특성을 해석하였다. CSST는 보호 피막, 튜브, 너트, 클램프 링, 플레어 캡, 소켓, 볼 밸브 등으로 구성되어 있다. CSST의 내전압 평가는 전기 충전부와 비충전부 사이에 교류 전압 220 V를 1분간 인가하여 견뎌야 한다. 직류 500 V에 의한 절연 성능의 평가는 온도 상승 시험 전에 $1M{\Omega}$ 이상, 시험이 끝난 후에는 $0.3M{\Omega}$ 이상을 요구한다. 정상 제품의 평균 저항은 $11.5m{\Omega}$이었으나 PCITS로 130 A를 흘려 소손된 제품의 평균 저항 $11.50m{\Omega}$이었다. 또한 130 A가 약 10 s 흘렀을 때 튜브의 보호 피막이 일부 용융되었고, 검정색의 연기가 발생하였다. 60 s 경과되면 튜브의 대부분이 적색으로 발열되며, 전류가 120 s 흘렀을 때는 적열 범위가 넓어졌다. 95%의 신뢰 구간(CI)의 검증에서 P 값은 0.019로 정규 분포를 갖지 못하였으나 Anderson-Darling (AD) 통계량은 0.896, 표준 편차는 0.5573 등으로 양호한 특성을 나타냈다.

• 한국진공학회지
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• 제22권2호
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• pp.66-78
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• 2013

80 kW RF 플라즈마 토치 시스템을 개발하기 위하여, 토치 시스템에 대한 온도, 유체 거동 분석 등의 보다 많은 정보의 추출을 위하여 3차원 시뮬레이션을 진행했다. 파우더 주입관 위치, 입력 전류 변화에 따른 플라즈마 생성 특성, 세라믹 원통관 길이에 따른 플라즈마 방전 특성, 및 공정가스 유량에 따른 플라즈마 온도특성 등을 시뮬레이션 했다. 시뮬레이션을 통해 설계 제작된 RF 열 플라즈마 토치의 경우, 최대 89.3 kW까지 파워 인가가 측정되었다. 개발된 80 kW급 RF 열 플라즈마 토치 시스템의 양산성 평가로 Si 나노분말을 제조하고 특성을 고찰하였다. Si 나노분말의 생산량이 평균 539 g/hr의 양산 수준과 71.6%의 높은 수율을 달성했으며, 제조된 나노 분말은 $D_{99}/D_{50}$가 1.98의 좋은 입경 균일 분포도를 나타내었다.

• 센서학회지
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• 제9권1호
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• pp.1-8
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• 2000

최근, 자동차가 점점 고급화 되어감에 따라 자동차엔진과 같이 $200^{\circ}C$ 이상의 고온과 부식적인 환경 하에 사용되어 질 수 있는 고성능의 실리콘 가속도센서의 장착이 기대되고 있다. 그러나 실리콘은 본질적으로 온도의 영향이 큰 물질이고, p-n 접합으로 압저항이 형성되기 때문에 $150^{\circ}C$ 이상이 되면 누설전류가 급격하게 증가하여 센서의 성능을 떨어뜨린다. 본 연구에서는 SOI 구조를 이용한 가속도센서의 온도특성을 해석하고, 유한요소법(finite element method)을 이용하여 감도 온도계수(TCS) 및 오프셋전압 온도계수(TCO)의 열잔류응력과의 관련성을 검토하였다. 그 결과, TCS는 압저항의 불순물 농도를 최적화함으로써 줄일 수 있고, TCO는 압저항의 열잔류응력과 불균일한 공정에 관계가 있다는 것을 알았다. 그리고 센서의 중앙지지구조에 있어서 패키징 열잔류응력의 평균값은 약 $3.7{\times}10^4Nm^{-2}^{\circ}C^{-1}$ 정도로 주변지지구조보다 1/10정도 작게 나타났다.