• Journal of Korean Society of Steel Construction
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• v.17 no.6 s.79
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• pp.689-697
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• 2005

Recent test results on reduced beam section (RBS) steel moment connections show that specimens with a bolted web connection tend to perform poorly due to premature brittle fracture of the beam flange at the weld access hole. A review of previous test results indicates that the higher incidence of base metal fracture in bolted-web specimens is related, at least in part, to the web bolt slippage and the high stress concentration at the weld access hole with the lowest material toughness. The practice of providing web bolts uniformly along the beam depth based on the classical beam theory is questioned in this paper. A new seismic design procedure, which is more consistent with the actual load path identified from the analytical and experimental studies, is proposed together with improved connection details. A test specimen designed following the proposed procedure exhibited a cyclic connection rotation capacity sufficient for special moment frames without fracture.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.35.2-35.2
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• 2009

최근 본 연구실에서 무연 솔더를 위한 새로운 Cu-Zn 합금 젖음층을 개발하였다. 전해도금을 통하여 Cu-Zn 합금층을 형성한 뒤 그 위에 Sn-4.0wt% Ag-0.5wt% Cu (SAC 405) 솔더를 리플로 솔더링을 통해 솔더접합부를 형성하였으며 계면에서 생성된 금속간 화합물의 형성 및 성장 거동을 연구하였다. SAC/Cu 시스템의 경우, $150^{\circ}C$에서 시효 처리를 실시하는 동안 솔더와 도금된 Cu 계면에서 $Cu_6Sn_5$ 상과 미세한 공공이 형성된 $Cu_3Sn$ 상이 발견되었다. 반면에 SAC/Cu-Zn 시스템에서는 계면에서 $Cu_6Sn_5$ 상만이 형성되었다. 또한 큰 판상형의 $Ag_3Sn$ 상이 SAC/Cu 시스템에 비해 현저하게 억제되었다. SAC/Cu-Zn 계면에서의 금속간 화합물의 성장 속도가 SAC/Cu 계면에서 형성된 금속간 화합물의 성장 속도보다 느리게 나타났다. Cu-Zn 젖음층의 Zn가 솔더와 Cu-Zn 층 사이에서 Cu와 Sn 원자의 상호 확산을 방해하기 때문이다. 본 연구에서는 Cu와 Cu-Zn 층을 이용한 솔더 접합부의 낙하 충격 신뢰성을 연구하였다. 낙하 충격 시험 시편은 두 개의 인쇄 회로 기판을 SAC 405 솔더볼을 이용하여 리플로를 통해 상호연결 하여 제조되었다. 이 때, 각각의 인쇄 회로 기판의 패드에는 Cu 층과 Cu-Zn층을 전해도금을 통하여 각각 $10{\mu}m$두께의 젖음층을 형성하였다. 낙하 시험 시편을 제조한 뒤, 시효 처리에 대한 낙하 저항 신뢰성의 특성을 연구하기 위해 250, 500 시간동안 시효처리를 한 후 각 조건에서 계면에 형성된 금속간 화합물의 성장 거동을 관찰하였으며, 낙하 충격 시험을 실시하였다. 낙하 시험은 daisy chain으로 연결된 시편의 저항이 100 Ohm 이상 측정되었을 때 중단되도록 하였다. Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 시편의 경우 초기 리플로를 하였을 때 불량이 발생하는 평균 낙하 수는 350이며, Cu/SAC/Cu 시편의 평균 낙하수는 200 미만으로 나타났다. Cu/SAC/Cu 시편의 경우, 시효처리 시간이 증가함에 따라 평균 낙하수는 큰 폭으로 감소하였지만, Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 시편은 불량이 발생하는 평균 낙하수의 감소폭이 보다 완만하게 나타났다. Cu 층에 Zn를 첨가함으로써 솔더와 젖음층 사이에서 형성된 금속간 화합물의 성장 및 미세 공공의 형성이 억제되었고, 솔더 접합부의 과냉을 감소시킴으로써 큰 판상형의 $Ag_3Sn$ 상의 형성을 억제함으로써 Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 솔더 접합부에서 Cu/SAC/Cu 솔더 접합부보다 낙하 충격에 대한 저항성 및 신뢰성이 향상되었다. 이는 무연 솔더에 Zn를 첨가하여 낙하 충격 신뢰성을 향상시킨 것과 동일한 효과를 나타냈음을 확인하였다. 본 연구는 한국 과학 기술 재단의 전자패키지 재료 연구 센터(CEPM)와 지식 경제부의 부품 소재 기술 개발 사업의 지원을 받아 수행되었습니다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.49-49
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• 2009

마찰교반접합법은 특정한 회전수로 회전하는 용접 툴을 이용하여 접합하고자 하는 피접합재의 맞댄면에 삽입시킨 후 툴을 이동시키거나 혹은 시편을 견고하게 고정시킨 장치(backing plate)가 움직여 고상 상태에서 접합이 이루어진다. 알루미늄, 마그네슘 등 비교적 융점이 낮은 저융점 재료의 재료에 처음 적용이 되어 많은 연구가 활발히 진행되었고 타 용접방법에 비해 우수한 접합특성을 나타내었다. 최근 이러한 마찰교반접합은 이러한 저융점 재료를 넘어서 스틸, 타이타늄, 니켈 등과 같은 고융점 재료 등에 대한 적용이 늘어나고 있다. 마찰교반접합을 이용하여 이러한 고융점 재료의 접합 경우 내마모성 및 내열성 등의 내구성이 갖추어진 툴과 이러한 툴을 냉각시킬 수 있는 냉각 장치 등이 필요로 하나 경제적 측면이나 접합부의 우수한 특성 등을 고려 할 때 그 적용 및 발전 가능성이 매우 높다고 볼 수 있다. 최근 무공해 연료로 각광받고 있는 액화천연가스 (LNG)의 수요가 급증함에 따라 LNG 저장탱크 소재로 널리 사용되고 있는 9% Ni강의 수요 또한 증가하고 있는 상황이다. 하지만 9% Ni 강은 극저온용 소재로 용접부의 저온인성 ($-196^{\circ}C$)이 가장 중요하기 때문에 저온인성을 확보하고자 Inconel 계나 Hastelloy계 등의 니켈 기 합금을 용접재료로 사용하고 있으나 이러한 용접재료는 가격이 매우 고가이며 또한 용접 후 용접부의 강도가 낮다는 문제가 제기되고 있다. 또한 LNG 탱크 제작시 사용되는 용접법은 GTAW, SAW 및 SMAW 이지만 국내에서는 주로 SMAW에 의존하고 있는 실정인 관계로 보다 더 경제적인 용접 프로세스의 적용 가능성이 검토되고 있는 상황이다. 본 연구에서는 마찰교반용접을 이용하여 두께 4mm의 9% Ni 강에 대해 맞대기 마찰교반접합을 실시하였다. 툴 회전 속도 및 접합 속도를 고정한 상태에서 접합을 실시 하였으며 접합 시 툴은 $Si_3N_4$로 제작된 툴을 사용하였다. 접합 후 외관상태 점검, 미세조직 관찰, 경도, 인장 강도 및 저은 충격 측정 등의 실험을 실시하였고, 이러한 결과를 이용하여 미세조직과 기계적 특성과의 관련성을 조사하였다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.9 no.3
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• pp.31-36
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• 2002

The 2nd level solder joint reliability of 153 FC-BGA for high-speed SRAM (Static Random Access Memory) with the large chip on laminate substrate comparing to PBGA(Plastic Ball Grid Array) was studied in this paper. This work has been done to understand an influence as the mounting with single side or double sides, structure of package, properties of underfill, properties and thickness of substrate and size of solder ball on the thermal cycling test. It was confirmed that thickness of BT(bismaleimide tiazine) substrate increased from 0.95 mm to 1.20 mm and solder joint fatigue life improved about 30% in the underfill with the low young's modulus. And resistance against the solder ball crack became twice with an increase of the solder ball size from 0.76 mm to 0.89 mm in solder joints.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.10 no.1
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• pp.45-50
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• 2003

Global full 3D finite element analysis fatigue models are constructed for flip-chip BGA on system board to predict the creep fatigue life of solder joints during the thermal cycling test. The fatigue model applied is based on Darveaux's empirical equation approach with non-linear viscoplastic analysis of solder joints. The creep life was estimated the creep life as the variations of the four kinds of thermal cycling test conditions, pad structure, composition and size of solder ball. The shortest fatigue life was obtained at the thermal cycling test condition from $-65^{\circ}C$ to $150^{\circ}C$. It was increased about 3.5 times in comparison with that from $0^{\circ}C$ to $100^{\circ}C$. At the same conditions, the fatigue life of SMD structure as the change of pad structure increased about 5.7% as compared with NSMD structure. Consequently, it was confirmed that the fatigue life became short as the creep strain energy density increased in solder joint.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.8 no.4
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• pp.1-10
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• 2001

Chip-on-glass(COG) mounting of area array electronic packages was attempted by heating the rear surface of a contact pad film deposited on a glass substrate. The pads consisted of an adhesion (i.e. Cr or Ti) and a top coating layer(i.e. Ni or Cu) were healed by the UV laser beam transmitted through the glass substrate. The lather energy absorbed on the pad raised the temperature of a solder ball which is in physical contact with the pad, and formed a reflowed solder bump. The effects of the adhesion and top coating layer on the laser reflow soldering were studied by measuring temperature profile of the ball during the laser heating process. The results were discussed based on the measurement of reflectivity of the adhesion layer. In addition, the microstructures of solder bumps and their mechanical properties were examined.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.24-24
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• 2010

마찰교반접합법은 특정한 회전수로 회전하는 용접 툴을 이용하여 접합하고자 하는 피접합재의 맞댄면에 삽입시킨 후 툴을 이동시키거나 혹은 시편을 견고하게 고정시킨 장치(backing plate)가 움직여 고상 상태에서 접합이 이루어진다. 알루미늄, 마그네슘 등 비교적 융점이 낮은 저융점 재료의 재료에 처음 적용이 되어 많은 연구가 활발히 진행되었고 타 용접방법에 비해 우수한 접합특성을 나타내었다. 최근 이러한 마찰교반접합은 이러한 저융점 재료를 넘어서 스틸, 타이타늄, 니켈 등과 같은 고융점 재료 등에 대한 적용이 늘어나고 있다. 마찰교반접합을 이용하여 이러한 고융점 재료의 접합 경우 내마모성 및 내열성 등의 내구성이 갖추어진 툴과 이러한 툴을 냉각시킬 수 있는 냉각 장치 등이 필요로 하나 경제적 측면이나 접합부의 우수한 특성 등을 고려 할 때 그 적용 및 발전 가능성이 매우 높다고 볼 수 있다. 2상 스테인레스 강은 금속 조직적으로 페라이트와 오스테나이트 상이 거의 1:1의 동등한 비율로 매우 미세하게 결합된 구조를 가지고 있다. 또한 이상 스테인레스 강은 각상의 개개의 특성에 기인하여 염소 분위기에서 응력부식 저항성이 우수하고, 공식과 틈부식에 대한 저항성이 매우 뛰어나다. 그리고 이상 스테인레스 강은 비교적 고가인 Ni이 일반 오스테나이트 스테인리스 강의 약 1/2의 수준으로 적게 포함이 되어 경제적인 이점을 지니고 있으며 또한 용접성이 좋아 산업계의 수요는 현재 점차 증가하고 있는 상황이다. 하지만 이러한 이상 스테인리스 강은 용접 후 페라이트 상의 조대화, 그리고 페라이트 상의 분율이 오스테나이트 상의 분율보다 높아지게 되어 용접부에서의 저온 인성 감소 및 내식성 저하 등의 문제가 발생하게 된다. 그리하여 용접 시 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 입열량의 조절이 가장 필요로 하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 마찰교반용접을 이용하여 두께 3mm의 대표적인 이상 스테인리스 강인 SAF2205 스테인리스 강에 대해 맞대기 마찰교반접합을 실시하였다. 툴 회전속도를 변수로 하여 접합을 실시하였으며 접합 시 툴은 $Si_3N_4$ 툴을 사용하였다. 접합 후 외관상태 점검, 미세조직 관찰, 경도 및 인장강도 측정 등의 실험을 실시하였고, 이러한 결과를 이용하여 미세조직과 기계적 특성과의 관련성을 조사하였다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.9 no.2
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• pp.39-43
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• 2002

The eutectic solder Sn-37Pb and the lead free solder alloys with the compositions of Sn-0.7Cu, Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-0.75Cu, Sn-2.0Ag-0.7Cu-3.0Bi were applied to the 48 BGA packages, and then it was discussed for the shear strength at the solder joints as the hardness and the composition of the small solder ball. As a result of experiments, the high degree of hardness with the displacement of 0.043 mm was obtained in Sn-2.0Ag-0.7Cu-3.0Bi. The shear strength of the lead free solder was higher than that of Sn-37Pb solder, and it can be obtained the maximum value of about 52% in Sn-2.0Ag-0.7Cu-3.0Bi.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.15 no.4
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• pp.65-70
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• 2008

The mechanical shear strength of BGA(Ball Grid Array) solder joints under high impact loading was investigated. The Sn-37Pb solder balls with a diameter of $500{\mu}m$ were placed on the pads of FR-4 substrates with ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold) surface treatment and reflowed. For the High Temperature Storage(HTS) test, the samples were aged a constant testing temperature of $120^{\circ}C$ for up to 250h. After the HTS test, high speed shear tests with various shear speed of 0.01, 0.1, 1, 3 m/s were conducted. $Ni_3Sn_4$ intermetallic compound(IMC) layer was observed at the solder/Ni-P interface and thickness of IMC was increased with aging process. The shear strength increased with increasing shear speed. The fracture surfaces of solder joints showed various fracture modes dependent on shear speed and aging time. Fracture mode was changed from ductile fracture to brittle fracture with increasing shear speed.

• Journal of Welding and Joining
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• v.9 no.3
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• pp.10-17
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• 1991

용접구조물에서 용접이음부가 차지하는 비율은 매우 작은 경우가 많지만 용접이음부에는 각종 초기결함(이들 결함으로부터 진전하는 피로 균열, 환경에 의한 균열등을 포함) 및 용접 초기의 부정형을 비롯해서 형상적 불연속 등에서 유기되는 국부적인 응력, 변형률의 집중, 잔류응력, 구속응력, 용접금속이 갖는 숙명적인 야금적 특성의 불균일, bond부 및 HAZ부에서의 용접열 싸이클에 의한 재질의 국부적 강도저하등 용접부의 강도를 저하시키는 인자들이 복합되기 쉽고, 용접구조물 전체의 내파괴 건전성평가에서 용접부가 파괴 강도는 매우 중요하다. 용접구조물의 설계, 시공의 목적은 소요성능의 확보에 있고 구조물이 사용중에 성능손실이나 불안정 파괴가 발생하지 않도록 하는 것이 주요요건이 될 것이다. 현재의 제강기술수준에서 볼 때 모재의 강 도보다 오히려 용접부의 강도 특히 피로강도 및 파괴 인성을 적절하고 합리적으로 평가하는 것이 매우 중요하다고 해도 과언이 아닐 것이다. 용접부의 강도를 평가하는데 있어서 용접부에 발 생하는 용접결함에 대한 평가는 매우 중요하며 이들 결함에 대한 허용결함한계를 평가하여 보수 여부 및 용접구조물의 신뢰성을 평가 할 필요가 있다.