• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2018.07a
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• pp.536-538
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• 2018

This paper introduces an enhanced interleaved (IL) PFC (Power Factor Correction) boost converter typed 650V Intelligent Power Module (IPM), which is fully optimized hybrid IGBT converter modules; Silicon (Si) IGBT and Silicon Carbide (SiC) diode, for up to 10kW HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) systems. It utilizes newly developed $4^{th}$ Generation Field Stop (FS) trench IGBTs, $EXTREMEFAST^{TM}$ anti-paralleled diodes, SiC Junction Barrier Schottky (JBS) diodes, Bridge rectifiers, Multi-function LVIC, and Built-in thermistor provide good reliable characteristics for the entire system. This module also takes technical advantage of DBC (Direct Bonded Copper) substrate for the better thermal performance. It is shown that the Si IGBT/SiC diode hybrid IL PFC module can achieve excellent EMI performance and greatly enhance the power handling capability or switching frequency of various applications compared to the Si IGBT/Diode. This paper provides an overall description of the newly developed 650V/50A Hybrid SiC IL PFC IPM product.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.26 no.3
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• pp.15-22
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• 2019

In these days, importance of the power electronic devices and modules keeps increasing due to electric vehicles and energy saving requirements. However, current silicon-based power devices showed several limitations. Therefore, wide band gap (WBG) semiconductors such as SiC, GaN, and $Ga_2O_3$ have been developed to replace the silicon power devices. WBG devices show superior performances in terms of device operation in harsh environments such as higher temperatures, voltages and switching speed than silicon-based technology. In power devices, the reliability of the devices and module package is the critically important to guarantee the normal operation and lifetime of the devices. In this paper, we reviewed the recent trends of the power devices based on WBG semiconductors as well as expected future technology. We also presented an overview of the recent package module and fabrication technologies such as direct bonded copper and active metal brazing technology. In addition, the recent heat management technologies of the power modules, which should be improved due to the increased power density in high temperature environments, are described.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.129-129
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• 2016

Graphene, as a single layer of $sp^2$-bonded carbon atoms packed into a 2D honeycomb crystal lattice, has attracted much attention due to its outstanding properties. In order to synthesize high quality graphene, transition metals, such as nickel and copper, have been widely employed as catalysts, which needs transfer to desired substrates for various applications. However, the transfer steps are not only complicated but also inevitably induce defects, impurities, wrinkles, and cracks of graphene. Furthermore, the direct synthesis of graphene on dielectric surfaces has still been a premature field for practical applications. Therefore, cost effective and concise methods for transfer-free graphene are essentially required for commercialization. Here, we report a facile transfer-free graphene synthesis method through nickel and carbon co-deposited layer. In order to fabricate 100 nm thick NiC layer on the top of $SiO_2/Si$ substrates, DC reactive magnetron sputtering was performed at a gas pressure of 2 mTorr with various Ar : $CH_4$ gas flow ratio and the 200 W DC input power was applied to a Ni target at room temperature. Then, the sample was annealed under 200 sccm Ar flow and pressure of 1 Torr at $1000^{\circ}C$ for 4 min employing a rapid thermal annealing (RTA) equipment. During the RTA process, the carbon atoms diffused through the NiC layer and deposited on both sides of the NiC layer to form graphene upon cooling. The remained NiC layer was removed by using a 0.5 M $FeCl_3$ aqueous solution, and graphene was then directly obtained on $SiO_2/Si$ without any transfer process. In order to confirm the quality of resulted graphene layer, Raman spectroscopy was implemented. Raman mapping revealed that the resulted graphene was at high quality with low degree of $sp^3$-type structural defects. Additionally, sheet resistance and transmittance of the produced graphene were analyzed by a four-point probe method and UV-vis spectroscopy, respectively. This facile non-transfer process would consequently facilitate the future graphene research and industrial applications.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.72-72
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• 2009

전자부품의 내부접속 및 파워반도체의 다이본딩과 같은 1차실장에는 고온환경에서의 사용과 2차실장에서의 재용융방지를 위해 높은 액상선온도 및 고상선온도를 필요로 하여, Pb-5wt%Sn, Pb-2.5wt%Ag로 대표되는 납성분 85%이상의 고온솔더가 널리 사용되고 있다. 생태계와 인체에 대한 납의 유해성이 보고된 이래, 무연솔더에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔으나, Sn-Ag-Cu계로 대표되는 Sn계 합금으로 대체 중인 중온용 솔더와는 달리, 고온용 솔더에 대해서는 대체합금에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 대체재의 부재로 인해 기존의 납을 다량함유한 솔더로 1차실장이 지속됨으로서, 2차실장의 무연화에도 불구하고 전자부품 및 기기의 재활용에 큰 어려움을 겪고 있다. 지금까지 고온용 무연솔더로서는 융점에 근거해 Au-(Sn, Ge, Si)계, Bi-Ag계, Zn-(Al, Sn)계의 극히 제한된 합금계만이 보고되어 왔다. Au계 솔더는 현재 플럭스를 사용하지 않는 광학, 디스플레이 분야 등 고부가가치 공정에 사용되고 있으나, 합금가격이 매우 비싸며 가공성이 나빠 대체재료로서는 적합하지 않다. Bi-Ag계 솔더 또한 취성합금으로 와이어 및 박판으로 가공하는데 어려움이 크며, 솔더로서 중요한 특성중 하나인 전기전도도 및 열전도도가 나쁜 편이다. 이에 비해, Zn계 합금은 비교적 낮은 합금가격, 적절한 가공성과 뛰어난 인장강도, 우수한 전기전도도 및 열전도도를 지녀, 고온용솔더 대체재료의 유력한 후보로 생각된다.이전 연구에서, 필자의 연구그룹은 Zn-Sn계 합금을 고온용 무연솔더로서 제안한 바 있다. Zn-Sn계 합금은 충분히 높은 융점과 함께, 금속간화합물이 없는 미세조직, 우수한 기계적 특성, 높은 전기전도도 및 열전도도 등의 장점을 나타내었다. 본 연구에서는 기초합금특성상 고온솔더로서 다양한 장점을 지닌 Zn-30wt%Sn합금을 고온용 솔더의 대표적인 적용의 하나인 다이본딩에 적용하여, 접합부의 강도 및 미세조직, 열피로 신뢰성에 대해 분석을 함으로서 실제 공정에의 적용가능성에 대해 검토하였다. Zn-30wt%Sn을 이용해 Au/TiN(Titanium nitride) 코팅한 Si다이를 AlN-DBC(aluminum nitride-direct bonded copper)기판에 접합한 결과, 양측에 완전히 젖은 기공이 없는 양호한 다이접합부를 얻었으며, 솔더내부에는 금속간화합물을 형성하지 않았다. Si다이와의 계면에는 TiN만이 존재하였으며, Cu와의 계면에는 Cu로부터 $Cu_5Zn_8,\;CuZn_5$의 반응층을 형성하였다. 온도사이클시험을 통한 열피로특성평가에서, Zn-30wt%Sn를 이용한 다이접합부는 1500사이클 지점에서 Cu와 Cu-Zn금속간화합물의 사이에서 피로균열이 형성되며, 접합강도가 크게 감소하였다. 열피로특성 향상을 위해 Cu표면에 TiN코팅을 하여 Zn-30wt%Sn 솔더로 다이접합한 결과, Si다이와 기판 양측에 TiN만으로 구성된 계면을 형성하였으며, TEM관찰을 통해 Zn-30wt%Sn과 극히 미세한 접합계면이 형성하고 있음을 확인하였다. Zn-wt%30Sn솔더와 TiN층의 병용으로 2000사이클까지 미세조직의 변화 및 강도저하가 없는 극히 안정된 고신뢰성의 다이접합부를 얻을 수가 있었다.