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하상렬 연구실

명지대학교 반도체공학과

하상렬 교수

하상렬 연구실

반도체공학과 하상렬

하상렬 연구실은 반도체공학과를 기반으로 첨단 반도체 재료 및 소자의 미세구조, 기계적 특성, 신뢰성 평가에 관한 융합 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 알루미늄 합금, 스테인리스강, 텅스텐-구리 복합재 등 다양한 금속 및 합금 재료의 미세구조 분석과 기계적 거동 해석을 통해, 반도체 패키지 및 소자의 내구성 향상과 신뢰성 확보에 기여하고 있습니다. 특히, 결정 소성 모델, 컴퓨터 시뮬레이션, 유한요소해석(FEM) 등 첨단 수치해석 기법을 활용하여, 다양한 변형 조건에서의 재료 거동을 정량적으로 예측하고, 실험적 데이터와 연계하여 실제 반도체 공정 및 패키지 설계에 적용 가능한 신뢰성 평가 솔루션을 개발하고 있습니다. 계면 파괴, 잔류응력, 혼합 모드 파괴 해석 등 반도체 패키지 신뢰성에 직결되는 다양한 이슈에 대해 실험과 시뮬레이션을 병행하여 연구를 진행합니다. 또한, 본 연구실은 다중 물리-스케일 모델링 및 인공지능 기반 예측 모델을 접목하여, 복합적인 물리 현상이 상호작용하는 반도체 소자 및 패키지의 신뢰성 문제를 정밀하게 분석합니다. 이를 통해 첨단 패키징 신뢰성 예측, 사이버 물리 시스템 개발, 신소재 기반 반도체 공정 최적화 등 다양한 국가 및 산업체 연구과제를 수행하고 있습니다. 산학협력 프로젝트, 국가연구과제, 특허 및 논문 발표 등 활발한 연구 활동을 통해, 반도체 소재·부품·장비 분야의 실무형 인재 양성과 산업 현장 적용성을 높이고 있습니다. 또한, SK하이닉스, 삼성전기 등 국내 주요 반도체 기업과의 협력을 통해 실질적인 기술 이전과 혁신적인 연구 성과를 창출하고 있습니다. 하상렬 연구실은 앞으로도 반도체 재료 및 패키지 신뢰성 분야에서 세계적 수준의 연구 역량을 바탕으로, 차세대 반도체 산업의 발전과 혁신에 핵심적인 역할을 수행할 것입니다.

반도체 재료의 미세구조 및 기계적 특성 연구
반도체 재료의 미세구조와 기계적 특성 연구는 첨단 반도체 소자의 성능과 신뢰성 확보에 핵심적인 역할을 합니다. 본 연구실에서는 알루미늄 합금, 스테인리스강, 텅스텐-구리 복합재 등 다양한 금속 및 합금 재료의 미세구조를 분석하고, 결정 소성, 입계 석출물, 미세 입자 분포 등이 재료의 기계적 거동에 미치는 영향을 체계적으로 규명합니다. 이를 위해 전자현미경, EBSD, X-선 회절 등 첨단 분석 장비를 활용하여 미세구조 변화를 정밀하게 관찰하고, 실험적 결과와 수치 해석을 결합하여 재료의 거동을 예측합니다. 특히, 결정 소성 모델과 컴퓨터 시뮬레이션을 접목한 연구를 통해, 다양한 변형 조건(온도, 변형 속도, 응력 상태 등)에서의 재료 거동을 정량적으로 분석합니다. 예를 들어, Al-Cu-Li 합금 및 고망간강 등 신소재의 변형 및 파괴 메커니즘을 실험과 시뮬레이션으로 규명하고, 이로부터 얻어진 데이터는 실제 반도체 패키지 및 소자 신뢰성 평가에 직접적으로 활용됩니다. 또한, 미세구조 최적화 및 입자 크기 제어를 위한 소결 및 가공 공정 조건의 최적화 연구도 병행하고 있습니다. 이러한 연구는 반도체 패키지의 내구성 향상, 미세화 공정에서의 신뢰성 확보, 그리고 차세대 반도체 소재 개발에 필수적인 기초 데이터를 제공합니다. 궁극적으로, 본 연구실의 미세구조 및 기계적 특성 연구는 반도체 산업의 경쟁력 강화와 혁신적인 소재 개발에 크게 기여하고 있습니다.
다중 물리-스케일 모델링 및 신뢰성 예측
반도체 소자 및 패키지의 신뢰성 확보를 위해서는 다양한 물리적 현상(열, 기계, 전기, 환경 등)이 상호작용하는 복합적인 거동을 정밀하게 예측할 수 있는 다중 물리-스케일 모델링이 필수적입니다. 본 연구실은 실험 데이터와 연계된 유한요소해석(FEM), 결정 소성 모델, 컴퓨터 시뮬레이션 기법을 활용하여, 반도체 패키지 및 인쇄회로기판의 열-기계적 신뢰성, 계면 파괴, 잔류응력, 변형 및 파손 거동을 정량적으로 분석합니다. 특히, 첨단 패키징 신뢰성 예측을 위한 다중 물리-스케일 모델 및 물리정보 신경망 기반 사이버 물리 시스템 개발에 주력하고 있습니다. 실험적 측정이 어려운 응력, 변형, 파괴 현상을 수치해석과 인공지능 기반 예측 모델을 결합하여 정밀하게 예측하며, 이를 통해 실제 반도체 공정 및 패키지 설계에 적용 가능한 신뢰성 평가 솔루션을 제공합니다. 또한, 계면 파괴 인성 측정, 혼합 모드 파괴 해석, 잔류응력 재분포 등 다양한 신뢰성 이슈에 대한 실험 및 시뮬레이션 연구를 병행하고 있습니다. 이러한 연구는 반도체 패키지의 소형화, 고집적화, 고신뢰성화에 필수적인 기반 기술로, 산업 현장에서 요구되는 신뢰성 평가 및 예측 정확도를 획기적으로 향상시키는 데 기여합니다. 또한, 산학협력 프로젝트 및 국가 연구과제를 통해 실제 산업 적용성과 실용성을 높이고 있습니다.
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Microscopic-plastic deformation behavior of grain boundary precipitates in an Al?Zn?Mg alloy
하상렬, Hyunjoo Choi, Jae Bok Seol, Kyungjun Lee, Hyokyung Sung, Saif Haider Kayani, Jung Gi Kim, Suwon Park
Journal of Materials Research and Technology, 202405
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Modelling the Flow Behaviour of Al Alloy Sheets at Elevated Temperatures Using a Modified Zerilli?Armstrong Model and Phenomenological-Based Constitutive Models
하상렬, Alamry Ali, Ali Abd El-Aty, Bandar Alzahrani, Abdallah Shokry, Mohamed M. Z. Ahmed, Shi-Hong Zhang, Yong Hou, Yong Xu, Liangliang Xia
materials, 202403
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Characterization and constitutive analysis-based crystal plasticity of warm flow and fracture behaviours of 2060 Al-Cu-Li alloy
Abd El-Aty Ali, Ha Sangyul, Hou Yong, Xu Yong, Zhang Shi-Hong, Liang-Liang Xia, Ahmed Mohamed M. Z.
JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH AND TECHNOLOGY-JMR&T, 202310
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[Ez][1단계 3-1]첨단패키징 신뢰성 예측을 위한 다중 물리-스케일 모델 및 물리정보 신경망 기반 사이버 물리 시스템 개발(5-1차년도)
한국연구재단
2024년 09월 ~ 2025년 08월
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반도체 장비기술개발 학연협력전략 연구보고서
한국기계연구원
2024년 08월 ~ 2024년 12월
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유연센싱케이블 다이렉트 라미네이팅 공정 충진특성분석 모델링 용역
한국기계연구원
2024년 07월 ~ 2024년 09월