• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제31권4호
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• pp.267-271
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• 2018

A high directivity TIR (total internal reflection) lens in the UV-A region was designed using a silicone resin, and a UV light source module with a maximum irradiation density of $150mW/cm^2$ was fabricated. The beam angle of the TIR lens was designed to be $8.04^{\circ}$ and the maximum diameter of the TIR lens was Ø13.5. A silicone resin having a UV transmittance of 93% and a refractive index of 1.4 at a wavelength of 365 nm was used, and the lens was manufactured using an aluminum mold, from which silicone could be easily released. The module was fabricated in a metal printed circuit board of COB (chip on board) type using a $0.75{\times}0.75mm^2$ UV chip. A jig was used to adjust the focal length between lens and chip and to fix the position of the lens. The optical characteristics such as illumination distributions of the lens and module were designed using 'LightTools' optical simulation software. The heat dissipation system was designed to use a forced-air cooling method using a heat-sink and fan.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제22권10호
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• pp.826-831
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• 2009

In this paper, a high power RF amplifier module using AlN substrate of high thermal conductivity has been proposed. This RF amplifier module has the advantage of compact size and effective heat dissipation for the packaging of high power chip. To fabricate the thru-hole and scribing line on AlN substrate, the key parameters of $CO_2$ laser were experimented. And then, microstrip lines and spiral planar inductors were fabricated on an AlN substrate using the thin-film process. The fabricated microstrip lines on the AlN substrate has an attenuation value of 0.1 dB/mm up to 10 GHz. The fabricated spiral planar inductor has a high quality factor, a maximum of about 62 at 1 GHz for a 5.65 nH inductor. Packaging of a RF power amplifier was implemented on an AlN substrate with thru-hole. From the measured results, the gain is 24 dB from 13 to 15 GHz and the output power is 33.65 dBm(2.3 W).

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권3호
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• pp.415-421
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• 2021

본 연구는 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈의 히트 싱크의 유로의 형상으로써 직선 유로, 한 번 꺾인 형태의 유로, 두 번 꺾인 형태의 유로를 적용하여, 유로의 형상에 따른 방열 성능을 분석하였다. 각 유로 형상에서 운전 조건에 대한 영향 또한 분석하기 위하여 냉각수의 유량과 공급 온도를 추가적으로 제어하며 분석을 진행하였다. 본 연구는 유동 해석을 통하여 이루어 졌으며, 상용 소프트웨어인 ANSYS Fluent를 사용하였다. 직선 유로보다 꺾인 형태를 갖는 유로의 방열량이 같은 운전 조건에서 최대 8.0 % 수준 개선되었으며, 개선 정도는 냉각수의 공급 온도와는 무관하였고, 냉각수의 유량이 많아질수록 개선 정도가 2.0 %에서 8.0 %까지 증가하였다. 그러나 두 번 꺾인 유로는 한 번 꺾인 유로와 비슷한 수준의 방열 성능을 보였고, 기생 손실에 영향을 주는 압력 강하량은 2.48~2.55배 수준으로 증가하는 결과를 보여, 방열 효율이 낮아지는 것을 확인 하였다. 이를 단위 압력 강하량 당 방열량으로 계산하여 비교하였으며, 직선 유로를 갖는 히트 싱크에서 그 값이 가장 높은 것을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권10호
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• pp.1011-1019
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• 2015

Insulated gate bipolar transistor (IGBT) 소자는 전동차, 항공기 및 전기 자동차에 가장 많이 사용되는 고전압, 고전력용 전력 반도체이다. 그러나 IGBT 전력소자는 동작 시 발열 온도가 매우 높고, 이로 인해, IGBT 소자의 신뢰성 및 성능에 큰 영향을 미치고 있다. 따라서 발열 문제를 해결하기 위한 IGBT 모듈 패키지의 방열 설계는 매우 핵심적인 기술이며, 특히, 소자가 동작 한계 온도에 올라가지 않도록 방열 설계를 적절히 수행하여야 한다. 본 논문에서는 전동차에 사용되는 1200 A, 3.3 kV 급 IGBT 모듈 패키지의 열 특성에 대해 수치해석을 이용하여 분석하였다. IGBT 모듈 패키지에 사용되는 다양한 재료 및 소재의 두께에 대한 영향을 분석하였으며, 실험계획법을 이용한 최적화 설계를 수행하였다. 이를 통하여 열 저항을 최소화하기 위한 최적의 방열 설계 가이드 라인을 제시하고자 하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제23권4호
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• pp.35-41
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• 2016

고출력 LED 조명용 패키지를 제조함에 있어서 발열은 LED의 광출력과 수명에 매우 중요한 영향을 주는 인자로 알려져 있다. 본 연구에서는 가로등용 고출력 LED 패키지를 개발함에 있어서 효과적인 방열을 하기 위하여 방열효과가 상대적으로 우수한 구조인 chip-on-a-heat sink 구조를 가지는 세라믹-메탈 기반의 패키지를 제조하였다. 열확산 기능을 하는 heat sink 기판소재는 알루미늄 합금을, LED 어레이 회로를 형성하는 절연막으로는 저온동시소성용 glass-ceramics을 사용하였다. 특히 열처리 시 가장 이슈가 되는 세라믹-금속 하이브리드 패키지 기판의 휨을 억제하기 위한 수단으로서, glass-ceramic 절연막을 부분 코팅함으로써 휨현상을 용이하게 줄일 수 있게 되었다. 또한, LED 패키지의 방열특성의 향상 즉 열저항도 기존의 MCPCB 패키지나 전면 코팅형 절연막 패키지에 비해 훨씬 낮아지는 효과를 얻었을 뿐 아니라, 세라믹 코팅소재의 절감효과도 볼 수 있게 되었다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2019년도 전력전자학술대회
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• pp.271-272
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• 2019

본 논문은 친환경 전기차용에 적용되는 있는 고밀도 LDC(Low-Voltage DC-DC Converter) 전력변환장치의 PCB구조와 스위칭소자에 따른 PCB의 발열특성을 해석한다. 전력변환장치 PCB사이에 알루미늄 플레이트를 적용하여 다면 방열경로를 통한 PCB방열특성을 비교하고, 또한 기존 Si-FET와 낮은 온 상태 도통저항을 가지는 GaN-FET 반도체디바이스를 적용한 전력변환장치의 PCB 방열특성을 시뮬레이션을 통해 비교 및 검토하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제21권4호
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• pp.1-13
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• 2014

The paper gives an overview of the concepts, basic requirements, and trends regarding packaging technologies of power modules in hybrid (HEV) and electric vehicles (EV). Power electronics is gaining more and more importance in the automotive sector due to the slow but steady progress of introducing partially or even fully electric powered vehicles. The demands for power electronic devices and systems are manifold, and concerns besides aspects such as energy efficiency, cooling and costs especially robustness and lifetime issues. Higher operation temperatures and the current density increase of new IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) generations make it more and more complicated to meet the quality requirements for power electronic modules. Especially the increasing heat dissipation inside the silicon (Si) leads to maximum operation temperatures of nearly $200^{\circ}C$. As a result new packaging technologies are needed to face the demands of power modules in the future. Wide-band gap (WBG) semiconductors such as silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN) have the potential to considerably enhance the energy efficiency and to reduce the weight of power electronic systems in EVs due to their improved electrical and thermal properties in comparison to Si based solutions. In this paper, we will introduce various package materials, advanced packaging technologies, heat dissipation and thermal management of advanced power modules with extended reliability for EV applications. In addition, SiC and GaN based WBG power modules will be introduced.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제31권6호
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• pp.622-629
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• 2020

The performance and cost of electric vehicles (EVs) are much influenced by the performance and service life of the Li-ion battery system. In particular, the cell performance and reliability of Li-ion battery packs are highly dependent on their operating temperature. Therefore, a novel battery thermal management is crucial for Li-ion batteries owing to heat dissipation effects on their performance. Among various types of battery thermal management systems (BTMS'), the phase change material (PCM) based BTMS is considered to be a promising cooling system in terms of guaranteeing the performance and reliability of Li-ion batteries. This work is mainly concerned with the basic research on PCM based BTMS. In this paper, a basic experimental study on PCM based battery cooling system was performed. The main purpose of the present study is to present a comparison of two PCM-based cooling systems (n-Eicosane and n-Docosane) of the unit 18650 battery module. To this end, the simplified PCM-based Li-ion battery module with two 18650 batteries was designed and fabricated. The thermal behavior (such as temperature rise of the battery pack) with various discharge rates (c-rate) was mainly investigated and compared for two types of battery systems employing PCM-based cooling. It is considered that the results obtained from this study provide good fundamental data on screening the appropriate PCMs for future research on PCM based BTMS for EV applications.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권12호
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• pp.1013-1019
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• 2014

저궤도 관측위성에 탑재된 영상처리장치의 온도제어를 위하여 사용하는 열적완충질량을 대체할 수 있는 상변화물질의 성능에 대하여 수치해석적으로 분석하였다. 관측위성에 사용되는 고정밀 영상처리장치는 임무에 따라 주기적으로 작동하며 발열량이 매우 큰 반면, 온도에 민감하여 작동허용 온도범위가 매우 좁다. 이러한 장치의 온도를 제어하기 위하여 국산 저궤도 관측위성에서는 열적완충질량을 이용하여 부품의 온도변화 시상수를 증가시키는 효율적인 설계를 적용하였지만, 질량이 증가하는 단점이 있다. 본 연구에서는 질량을 최소화하며 부품 온도를 안정적으로 유지할 수 있도록 고상-액상 상변화물질을 이용한 열제어 장치를 제안하였으며, 수치해석을 통하여 열적 완충질량에 대한 유효성을 비교/검증하였다. 상변화물질을 이용한 열제어 장치는 열적완충질량을 대체하여 효과적인 온도제어가 가능할 뿐 아니라 질량도 열적완충질량의 약 12% 정도로 감소시킬 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제27권2호
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• pp.53-58
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• 2020

전기자동차용 전력반도체 패키징 기술에 대한 분석을 수행하였다. 비정형 데이터인 특허들을 수집하여 유효특허를 도출하여 LDA 기법을 적용한 토픽모델링을 수행하였다. 20개의 토픽으로 분류하였고 각 토픽별 추출된 단어를 통해 기술에 대한 정의를 내렸다. 각 토픽의 대한 동향분석을 위해 연도별 빈도수에 대한 회귀분석을 통해 토픽별 Hot토픽과 Cold 토픽을 도출하여 전력반도체 패키징 기술의 동향을 분석하였다. Hot 토픽의 기술로는 내전압에 따른 패키지 구조 기술과 입출력 관련 제어 기술, 방열기술을 도출하였고 Cold 토픽 기술로는 인덕턴스 저감기술이 도출되었다.