• Proceedings of the KWS Conference
• /
• 2009.11a
• /
• pp.77-77
• /
• 2009

ELV(; End of Life Vehicles)를 비롯한 최근 환경 동향은 자동차 전장 모듈에 대하여 다양한 무연 솔더 적용을 요구하고 있다. 특히 자동차 엔진룸과 트랜스미션은 가동 중 고온 및 진동의 지속적인 영향을 받기 때문에 이와 유사한 환경에서의 신뢰성 연구가 필요한 시점이다. 이에 본 연구에서는 Sn3.5Ag, Sn0.7Cu, Sn5.0Sb 솔더 조성에 대하여 복합환경 조건하에서 접합부 신뢰성을 평가하였다. 복합환경을 구현하기 위하여 $-40{\sim}150^{\circ}C$ 범위의 온도 사이클과 랜덤 진동을 동시에 인가하였으며, 진동 가속도 3G, 진동주파수는 10~1000Hz 로 설정하여 자동차 환경을 충족하였다. 복합시험의 1 cycle 은 20 시간이며, 총 120 시간의 시험 동안 진동의 영향 및 진동과 고온이 동시에 작용하였을 경우의 영향에 대해 비교하였다. 테스트 모듈 제작을 위해 450 um 의 솔더볼이 적용되었으며, 각 조성의 솔더볼을 이용하여 BGA test chip 제작하였고, 제작된 BGA test chip 은 다시 daisy chain PCB 위에 실장 및 리플로우 공정을 통해 접합되었다. 테스트 동안 In-situ 로 저항의 변화를 관찰하여 파단의 유무를 판단하였고 전자주사현미경을 통해 파괴 기전을 평가하였다. 복합시험 시간에 따른 전단강도를 측정하였으며, 각 조성에 대하여 상이한 전단강도 변화를 관찰하였다. 계면 IMC 형상은 전단강도 변화에 영향을 주었으며, 특히 높은 온도가 IMC 성장을 촉진시켜 전단강도 감소에 영향을 주었다. 본 복합환경 시험 조건에서는 Sn0.7Cu 가 가장 안정적이었으며, 파단면을 관찰한 결과 연성파괴 모드가 관찰되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.02a
• /
• pp.274-274
• /
• 2010

한국은 국제핵융합실험로 (ITER) 사업에 참여하고 있으며, 삼중수소 증식을 시험하기 위한 시험 모듈(TBM, Test Blanket Module)로서 HCML (Helium Cooled Molten Lithium) TBM을 설계, 개발하고 있다. 헬륨 및 액체 리튬을 냉각재와 증식재로 사용하는 개념으로, 구조재로서 Ferritic Martensitic (FM) 강이 사용될 예정이다. 특히, HCML TBM의 일차벽은 중성자 및 플라즈마로부터 입사되는 입자들을 차폐하기 위한 Be 차폐체와 FM강으로 구성되어 있으며, 일차벽 제작법 개발을 위해서는 Be과 FM강 간의 접합과 FM강 간의 접합 방법이 개발되어야 한다. FM강 간의 접합은 기존의 연구를 통해 접합 조건이 이미 도출되었고, 고열부하 시험을 통해 검증 완료한 상태이다. 그러나, Be과 FM강 간의 접합은 현재 개발단계에 있다. 본 논문에서는 고려 중인 구조재와 Be 차폐체 사이의 접합법 개발을 위해, 고온등방가압(HIP, Hot Isostatic Pressing) 조건을 도출하고, 운전조건과 유사 혹은 가혹한 조건에서 고열부하를 인가하여, 그 건전성을 평가하는 일련의 과정을 기술하였다. 본 연구에서는 Be과 FM강 간의 접합법 개발 및 검증을 위해 제작된 $80{\times}80{\times}1$ Be/FM강 mock-up을 국내에서 구축된 고열부하 시험 장비인 KoHLT를 활용하여 수행한 고열부하 시험에 대한 것이다. 본 mock-up은 $80{\times}80{\times}10mm(t)$의 Be tile 3개를 동일 크기에 두께가 각각 25mm와 50 mm인 FM강과 스테인레스강에 접합된 것으로, 고열부하 장비에 설치하여 고열부하 시험을 수행하였다. 냉각수의 온도 및 속도는 25 C, 0.15 kg/sec로 유지되었고, 열부하는 $0.5\;MW/m^2$로 유지하였다. 시험 조건에 대한 예비해석을 통해, 가열시의 온도 및 stress, strain 분포를 얻었고, 이를 통해, cycle to failure 값을 도출하였다. 1000 사이클의 가열 실험을 마친후 초음파를 활용한 접합 계면의 결함확인 및 파괴검사를 통한 접합 건전성을 확인하였다. 3가지 접합법 모두 일부 접합면이 이탈되었으며, 향후 보다 건전한 접합방법 개발이 진행되어야 할 것으로 보인다.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
• /
• v.23 no.5
• /
• pp.101-106
• /
• 2019

Carbon deposition on the turbine nozzle throat of a LOx/kerosene gas generator cycle(open cycle) engine causes performance reduction of the engine. Estimation methods for a turbine nozzle throat area are proposed. The discharge coefficient of the turbine nozzle was estimated with the turbine gas properties such as gas constant, specific heat ratio, and temperatures. The pressure ratio and temperature ratio of the turbine nozzle throat, was utilized to estimate the discharge coefficient also. Estimated discharge coefficient of turbine nozzle throat of KSLV-II 1st stage engine shows the carbon deposition effects on the turbine nozzle throat of a LOx/kerosene open cycle engine.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
• /
• v.20 no.6
• /
• pp.288-296
• /
• 2019

Radiation cooling has used ceilings or floors as cooling surfaces. In such cases, to avoid moisture condensation on the surface, the surface temperature needs be higher than the dew point temperature or an additional dehumidifier is added. In this study, with a goal for residential application, intentional moisture condensation on the cooling surface was attempted, which increased the cooling capacity and improved the indoor comfortness. This method included two separate refrigeration cycles - convection-type dehumidifying cycle and the panel cooling cycle. Test results on the panel cooling cycle showed that, at the standard outdoor ($35^{\circ}C/24^{\circ}C$) and indoor ($27^{\circ}C/19.5^{\circ}C$) condition, the refrigerant flow rate was 8.8 kg/h, condensation temperature was $51^{\circ}C$, evaporation temperature was $8.8^{\circ}C$, cooling capacity was 376 W and COP was 1.75. Furthermore, the panel temperature was uniform within $1^{\circ}C$ (between $13^{\circ}C$ and $14^{\circ}C$). As the relative humidity decreased, the cooling capacity decreased. However, the power consumption remained approximately constant. In the convection-type dehumidification cycle, the refrigerant flow rate was 21.1 kg/h, condensation temperature was $61^{\circ}C$, evaporation temperature was $5.0^{\circ}C$, cooling capacity was 949 W and COP was 2.11 at the standard air condition. When both the radiation panel cooling and the dehumidification cycle operated simultaneously, the cooling capacity of the radiation panel cycle was 333 W and that of the dehumidification cycle was 894 W, and the COP was 1.89. As the fan flow rate decreased, both the cooling capacity of the radiation panel and the dehumidification cycle decreased, with that of the dehumidification cycle decreasing at a higher rate. Finally, a possible control logic depending on the change of the cooling load was proposed based on the results of the present study.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
• /
• v.40 no.3
• /
• pp.259-265
• /
• 2016

Recently, life prediction models for Pb-based and Pb-free solders used in chip resistor assemblies under thermal cycling have been introduced. The models suggest that the field lifetimes of Pb-free solders would be better than those of Pb-based solders when used for chip resistors under thermal cycling conditions, while the lifetime of the chip assemblies under accelerated test conditions show a reverse relationship. In this study, the prediction models were verified by applying the model to another research case. Finite element models were built, thermal cycling conditions were applied, and the energy densities were calculated. Finally, life prediction analysis was conducted for the cases where Pb-based and Pb-free solders were used. The prediction results were then compared with the test data of the case. It was verified that the predictions of the developed life cycle models are on the practical scale.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
• /
• v.46 no.4
• /
• pp.306-314
• /
• 2018

A two-axis gimbal-type X-band antenna for CAS(Compact Advanced Satellite) transmits large amount of image data to ground station regardless of satellite attitude and orbital motion. This antenna mounted on the external surface of the satellite is directly exposed to the extreme space with thermal environment during the orbital operation. Therefore, a proper thermal design is needed to maintain the antenna itself as well as other main components within allowable temperature range. In this study, the thermal design effectiveness of two-axis gimbal X-band antenna was verified through the thermal analysis. In addition, required power and duty cycle of heater were estimated through the thermal analysis under conditions of system level thermal vacuum test and on-orbit thermal environment. The thermal analysis results indicated that all the main components of X-band antenna satisfy the allowable temperature requirement.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
• /
• v.3 no.4
• /
• pp.1-11
• /
• 1999

Thermal behavior of spacecraft propulsion system utilizing monopropellant hydrazine ($N_2$$H_4$) is addressed in this paper. Thermal control performance to prevent propellant freezing in spacecraft-operational orbit was test-verified under simulated on-orbit environment. The on-orbit environment was thermally achieved in space-simulation chamber and by the absorbed-heat flux method that implements an artificial heating through to the spacecraft bus panels enclosing the propulsion system. Test results obtained in terms of temperature history of propulsion components are presented and reduced into duty cycles of the avionics heaters which are dedicated to thermal control of those components. The duty cycles are subsequently converted into the electrical power required in the operational orbit. Additionally, cyclic temperature of each component, which was made under thermal-balanced condition of spacecraft, is compared to the acceptable design range and justified from the viewpoint of system verification.

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

• Journal of the Korean Applied Science and Technology
• /
• v.35 no.4
• /
• pp.1108-1119
• /
• 2018

As the interest on the air pollution is gradually rising at home and abroad, automotive and fuel researchers have been studied on the exhaust and greenhouse gas emission reduction from vehicles through a lot of approaches, which consist of new engine design, innovative after-treatment systems, using clean (eco-friendly alternative) fuels and fuel quality improvement. This research has brought forward two main issues : exhaust emissions (regulated and non-regulated emissions, PM particle matter) and greenhouse gases of vehicle. Exhaust emissions and greenhouse gases of automotive had many problem such as the cause of ambient pollution, health effects. In order to reduce these emissions, many countries are regulating new exhaust gas test modes. Worldwide harmonized light-duty vehicle test procedure (WLTP) for emission certification has been developed in WP.29 forum in UNECE since 2007. This test procedure was applied to domestic light duty diesel vehicles at the same time as Europe. The air pollutant emissions from light-duty vehicles are regulated by the weight per distance, which the driving cycles can affect the results. Exhaust emissions of vehicle varies substantially based on climate conditions, and driving habits. Extreme outside temperatures tend to increasing the emissions, because more fuel must be used to heat or cool the cabin. Also, high driving speeds increases the emissions because of the energy required to overcome increased drag. Compared with gradual vehicle acceleration, rapid vehicle acceleration increases the emissions. Additional devices (air-conditioner and heater) and road inclines also increases the emissions. In this study, three light-duty vehicles were tested with WLTP, NEDC, and FTP-75, which are used to regulate the emissions of light-duty vehicles, and how much emissions can be affected by different driving cycles. The emissions gas have not shown statistically meaningful difference. The maximum emission gas have been found in low speed phase of WLTP which is mainly caused by cooled engine conditions. The amount of emission gas in cooled engine condition is much different as test vehicles. It means different technical solution requires in this aspect to cope with WLTP driving cycle.

• Applied Chemistry for Engineering
• /
• v.10 no.3
• /
• pp.461-466
• /
• 1999

The humidity sensor containing ammonium salt was prepared from the copolymer of 2-methacryloxyethyl dimethyl 2-hydroxyethyl ammonium bromide (MDHAB)/MMA/DAEMA = 6/3/1. The humid membrane was fabricated on the gold/alumina electrode by dipping. The impedances were $298k{\Omega},\;11k{\Omega}$, and $2.3k{\Omega}$ at 40%RH, 70%RH and 90%RH, respectively, at $5^{\circ}C$ and the humidity-sensitive characteristics were suitable for low temperature humidity sensor. The temperature-dependent coefficient between $5^{\circ}C$ and $20^{\circ}C$ was found to be $-0.80%RH/^{\circ}C$ and the hysteresis falled in the ${\pm}2%RH$ range. The response time was found to be 38 sec for the relative humidity ranging from 34%RH to 88%RH at $20^{\circ}C$. The reliabilities such as temperature cycle, humidity cycle, high temperature and humidity resistance, electrical load stability, stability of long-term storage and water durability were measured and evaluated for the application as a humidity sensor.