전력용반도체(Power Management IC)는 전력의 변환이나 제어용으로 최적화되어 있는 전력장치용 반도체 소자로서 전자기기에 들어오는 전력을 그 전자기기에 맞게 변경하는 역할을 하며, 일반 반도체에 비해서 고내압화, 큰 전류화, 고주파수화 되어 있다. 전력용반도체는 전기가 쓰이는 제품에는 다 들어가며, 자동차, 공업제품, 컴퓨터와 주변기기, 통신, 가전제품, 모바일 기술, 대체 에너지 등에 대한 수요 증가가 시장의 성장을 촉진한다. 전력용반도체 개발을 통해 대일무역적자 해소 기여, 취약한 비메모리 산업의 육성을 통한 반도체산업의 균형발전, 신성장동력 창출을 통한 미래 경제발전을 도모할 수 있다. 본 고에서는 반도체 부문의 미래 유망품목인 전력용반도체의 필요성 및 중요성, 시장현황 및 전망을 중심으로 살펴보고 결론에서 정책적 시사점을 도출하고자 한다.
최근 시스템 반도체 발전으로 인하여 자동차 산업의 전장(電裝)에 대한 기술혁신이 빠르게 진행되고 있다. 특히, 자동차의 전장화는 자동차 부품업체들의 기술개발 경쟁을 가속화시키고 있으며, 개발 주기 또한 빠르게 변화하고 있다. 이러한 변화로 인하여 연구개발에 대한 전략과 기획의 중요성은 더욱 강화되고 있다. 자동차 산업의 패러다임 변화로 인하여, 연구개발 전략 중의 하나인 제품-기술로드맵(P/TRM)은 기획 단계에서 기술예측, 기업의 기술수준평가, 기술획득방법(Make/Collaborate/Buy) 등의 분석을 통하여 개발이 이루어져야 한다. 제품-기술로드맵은 제품과 기술의 고객 니즈를 파악하고 기술의 선정, 개발방향을 설정하는 툴(Tool)로써, 미래의 발전방향 추세를 예측하고 매크로(Macro) 트랜드의 전략적 방향성과 목표를 설정하는데 사용된다. 하지만, 대부분의 기업에서는 해당 기술의 논문이나 특허 분석, 전문가 델파이에 주로 의존하는 정성적인 방법을 통하여 제품-기술로드맵을 개발하고 있다. 본 연구는 가트너의 하이프 사이클과 누적이동평균 기반 데이터 전처리, 딥러닝(LSTM) 시계열 분석 기법을 융합하여 자동차 산업 중심으로 제품-기술로드맵을 보완하고 강화시킬 수 있는 시뮬레이션을 통하여 실증 연구를 진행하였다. 본 논문에서 제시한 실증 연구는 자동차 산업 뿐만 아니라, 범용적으로 타제조업 분야에서도 사용 가능할 수 있다. 또한, 기업적인 측면에서는 그동안 정성적인 방법에 의존하던 로드맵 작성 방법에서 탈피하여 좀 더 정확한 제품-기술로드맵을 통하여 적기에 시장에 제품을 제공함으로써 선도업체로 나아가기 위한 밑거름이 될 것이라고 사료된다.
본 논문에서는 도심형 근거리 전기자동차의 구동을 위한 통합형 전력변환장치 개발에 대해 소개한다. 차량 구동용 유도 전동기 제어와 주동력 배터리 충전 및 전장배터리 충전의 기능을 가지기 위하여 MCU(Motor Control Unit), OBC(On-Board Charger), LDC(Low Voltage DC-DC Converter)를 적용하였다. 각각의 전력변환장치들 사이에 불필요한 커넥터를 없애고 단일 방열판 위에 각 요소부품을 배치하여 하나의 통합된 기구 물 위에 모든 기능을 발휘하도록 통합형 전력변환장치를 개발하였다. 개별 기능을 가지는 MCU와 OBC, LDC의 단품 성능시험을 거친 후 실차에 장착하여 차량모터제어 및 배터리 충전을 실험을 통하여 확인하였다.
For the robust design of Motor Driven Power Steering (MDPS) systems, it is important to consider energy efficiency from every aspect such as system configuration and current flow, etc. If design optimization is not considered, it has many problems on a vehicle. For example, when evaluating steering test, particularly the Catch-up test which turning the steering wheel left or right quickly, steering effort should be increased rapidly. Also a vehicle might have poor fuel efficiency. In this study, it is calculated energy consumption for each component of the steering system and analyzed factors of energy consumption. As a result, this paper redefines a method to estimate steering input torque using characteristics of vehicle electric components and then conducts an analysis of contribution for the Catch-up.
무연솔더 재료를 자동차 전장품에 적용하기 위해서는 고온환경에 대한 내구성 및 진동 인자에 대한 영향을 고려해야한다. 특히, ELV(End of Life Vehicles) 지침이 개정됨에 따라 고온용 무연솔더 재료에 대한 재평가가 반드시 필요한 시점이다. 이에 대해 본연구에서는 현재 상용화 된 Pb-free솔더의 재료들 중 총 4종의 Solder을 선정하여 자동차 환경에 부합하는 진동조건하에서 시험해보았다. 그리고 미세조직의 특성, 접합부 형성시의 기계적 강도 및 접합부의 신뢰성을 평가하여 보았다. 각각의 조성에 대한 CHIP type과 QFP type의 실장부품을 준비하였으며, 각각의 조성별로 솔더 페이스트로 Daisy Chain PCB에 접합하여 조성에 따른 비교 데이터를 구축할 수 있었다. 리플로우 공정후 초기의 미세조직 및 전당강도, 저항값을 측정하여 진동시험에 따른 데이터와 비교하였다. 주파수는 10Hz~1,000Hz였으며, 진동가속도는 $29.4m/s^2$, 20시간의 랜덤진동이 적용되는 동안 챔버내의 온도는 상온으로 유지되었다. 진동시험과 이에 따른 저항측정을 통하여 진동 주파수와 시간에 따른 실장 부품이 받는 진동 영향과 실시간 저항값을 측정하였으며, 이때의 미세조직 비교를 통해 진동특성을 평가하였다. 진동 주파수에 따른 저항값의 변화가 있었으며, 진동전후 전단강도에도 영향을 주었다. QFP type에서는 SAC105가 진동에 가장 취약하였으며, CHIP type에서는 SACX0307이 진동에 가장 취약하였다.
차량산업의 기술 패러다임이 소비자의 편의 및 안전기능의 증가와 기술융합(Convergence)과 더불어 소프트웨어가 핵심적 역할을 하는 시스템기반의 융합 아키텍처 형태로 진화하고 있다. 이처럼 소프트웨어가 핵심 혁신요소로 대두되는 환경에 따라 R&D 개발 프로세스를 기계, 품질, 소프트웨어 등 이질적 프로세스를 통합하려는 시도가 있어왔지만, 실제 산업현장에서는 각각의 개발 프로세스가 개별적으로 운영되고 있어 이러한 혼란을 방지하기 위한 실용적 통합 R&D 프로세스의 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 프로세스 통합관련 기존 연구를 토대로 주요한 프로세스 통합 요건들을 분석하고, 실제 차량 산업현장의 문제점 조사 및 분석을 통해 차량 전장품에 적합한 R&D 프로세스의 통합 모형 및 통합 프로세스를 제시하였다. 특히, 부품 단계에서부터 완성차 단계까지 연결된 통합 프로세스를 개발하기 위하여 실제 산업계의 완성차와 전장품 업체에서 적용하고 있는 개별 프로세스의 장단점을 비교 분석하였고, 전장품의 구성요소인 시스템, 소프트웨어, 하드웨어 등 분야별 프로세스의 상관관계 연구를 통해 수행하였다. 마지막으로 본 연구에서 제시한 통합 프로세스 모델은 현재 일부 전장품 업체에 적용되고 있으며, 모델 개선을 위한 모니터링을 진행하고 있다.
This study was focused on the evaluation of the thermo-mechanical board-level reliability of Pb-bearing and Pb-free surface mount assemblies. The composition of Pb-bearing solder was a typical Sn-37Pb and that of Pb-free solder used in this study was a representative Sn-3.0Ag-0.5Cu in mass %. Thermal shock test was chosen for the reliability evaluation of the solder joints. Typical $Cu_6Sn_5$ intermetallic compound (IMC) layer was formed between both solders and Cu lead frame at the as-reflowed state, while a layer of $Cu_3Sn$ was additionally formed between the $Cu_6Sn_5$ and Cu lead frame during the thermal shock testing. Thickness of the IMC layers increased with increasing thermal shock cycles, and this is very similar result with that of isothermal aging study of solder joints. Shear test of the multi layer ceramic capacitor(MLCC) joints was also performed to investigate the degradation of mechanical bonding strength of solder joints during the thermal shock testing. Failure mode of the joints after shear testing revealed that the degradation was mainly due to the excessive growth of the IMC layers during the thermal shock testing.
Joint properties of electric control unit (ECU) module using Sn-Cu-(X)Al(Si) lead-free solder alloy were investigated for automotive electronics module. In this study, Sn-0.5Cu-0.01Al(Si) and Sn-0.5Cu-0.03Al(Si) (wt.%) lead-free alloys were fabricated as bar type by doped various weight percentages (0.01 and 0.03 wt.%) of Al(Si) alloy to Sn-0.5Cu. After fabrications of lead-free alloys, the ball-type solder alloys with a diameter of 450 um were made by rolling and punching. The melting temperatures of 0.01Al(Si) and 0.03Al(Si) were 230.2 and $230.8^{\circ}C$, respectively. To evaluation of properties of solder joint, test printed circuit board (PCB) finished with organic solderability perseveration (OSP) on Cu pad. The ball-type solders were attached to test PCB with flux and reflowed for formation of solder joint. The maximum temperature of reflow was $260^{\circ}C$ for 50s above melting temperature. And then, we measured spreadability and shear strength of two Al(Si) solder materials compared to Sn-0.7Cu solder material used in industry. And also, microstructures in solder and intermetallic compounds (IMCs) were observed. Moreover, thickness and grain size of $Cu_6Sn_5$ IMC were measured and then compared with Sn-0.7Cu. With increasing the amounts of Al(Si), the $Cu_6Sn_5$ thickness was decreased. These results show the addition of Al(Si) could suppress IMC growth and improve the reliability of solder joint.
The proportion of software in the automotive industry is steadily increasing due to the rapid technological development of automobile E/E parts. Because the automotive E/E technology is now on the basis of intelligent automobile and advanced safety automobile technology. The purpose of this study is to investigate the effect of organizational capability (organizational resource capability and management capability), process capability (process capability, customer Requirement management capability), performance dimension (motivation, participation level). In this study, we conducted questionnaires and statistical analysis on engineers (members of the Korea Advanced Automotive Technology Association) who perform research and development activities in the R&D organization of the automotive E/E part in South Korea. ANOVA is applied for the verification of the difference in performance measured by organizational capability, process maturity, and motivation participation level according to company characteristics (level of processing : supply chain configuration, annual sales, total SW development ratio). According to the results of this study, in order to improve the performance of ASPICE or ISO 26262-related consulting project, a different consulting approach strategy considering the characteristics of organization and personnel is needed. In summary, the analysis results for the three main treatment levels are as follows. The difference in organizational capacity, process capability and performance was found to be statistically significant according to supply chain configuration and annual sales, but it was found that the difference of response according to the proportion of total SW was not significant.
저온동시소성 또는 금속상 저온동시소성 기술은 세라믹 다층멀티칩 기술의 하나로 이 기술을 이용한 모듈은 일반 전기 부품, 고주파 및 자동차 전장에 적용되기 시작하였다. 고온동시소성 기술과 비교하여 저온동시소성 기판의 소성은 그 온도가 $1000^{\circ}C$ 이하에서 이루어지므로 전기전도도가 높은 금, 은, 구리 등의 금속을 이용하여 내부 전극을 형성할 수 있다. 금속상 저온 동시소성 기술은 소성 후의 치수안정성 (x-, y- 방향으로 수축률 0.1 % 이하)의 장점으로 모듈 내부에 수동소자를 내장할 수 있으며, 이러한 장점은 전기적 특성의 향상과 신뢰성 증가를 가져온다. 모듈의 열팽창계수 및 유전율은 조성이나 소성조건을 바꾸어 조정이 가능하다. 본 기술해설에서는 저온동시소성 또는 금속상 저온동시소성 기술에 관한 소개와 장점에 대하여 설명하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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