• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.93.2-93.2
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• 2018

최근 기후 변화 문제로 $CO_2$배출량 억제 정책에 따라 열전재료가 다양한 분야에 크게 주목 받고 있다. 열전 모듈은 전류를 흘려 온도차를 발생시키는 펠티어 효과와 온도차를 전력으로 변환하는 제백 효과를 이용한다. 열전발전용에 적용되는 상용 열전모듈의 경우, 열전소자의 접합부의 수는 수십 개 이상이다. 따라서 단 한 개의 접합 불량 열전소자가 모듈 전체의 열전성능에 큰 영향을 미친다. 현재 상용화 된 Bi-Te계 열전 모듈은 Bi-Te의 Te와 Sn계 솔더의 주성분인 Sn이 $250^{\circ}C$ 부근에서 취성의 Sn-Te계 금속 화합물을 형성한다고 알려져 있다. 이 때 생성된 Sn-Te 화합물은 열전모듈의 접합강도를 약화시키고 이로 인해 열전모듈의 접합 신뢰성을 크게 저하 시킬 수 있다. 이를 해결하기 위해 솔더와 소자 사이에 확산방지층이 적용되고 있으며, 이 중에서 니켈합금이 가장 널리 적용되고 있다. 니켈층을 형성시키는 방법 중에서, 무전해 도금법은 간단하게 열전소자 표면 위에 도금 층을 균일한 두께로 만들어 낼 수 있다. 하지만, 니켈 도금층과 Bi-Te 소자 간에 화학적 결함이 존재하지 않기 때문에, 무전해 니켈 도금층의 밀착성이 떨어진다. 이 때. 소자 표면에 거칠기 효과(anchor effect)를 부여하기 위해 물리적 샌딩법을 사용하는데 이 방법의 경우 소자에 크랙 같은 손상을 미쳐 열전모듈의 신뢰성 저하를 가져온다. 그러므로 거칠기 효과를 부여하면서 소자에 손상을 최소화하는 습식 식각법을 개발하여 Bi-Te계 열전소자의 표면 조도를 조절하고 무전해 Ni-P 도금을 실시하였다. 그리고 열처리 유무에 따른 열전모듈의 접합강도를 측정하였으며, 제작한 열전 모듈의 접합부 및 파단부의 계면 분석하여 무전해 Ni-P도금을 위한 습식식각법(wet etching법)에 대하여 검토하였다. N-type은 질산과 구연산의 혼합수용액에, P-type은 왕수에 습식 식각처리를 해서 적당히 표면 조도를 조절한 후에 EPMA로 분석을 해본 결과 니켈 도금층과 Bi-Te 소자 간에 anchor effect가 부여 된 것을 확인했다. 습식 식각에 의해서 제조된 열전모듈의 접합강도는 종래의 알루미나 샌딩법으로 제조한 열전모듈 보다 높은 접합강도를 나타내었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권4호
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• pp.521-528
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• 2021

본 연구는 손상된 선박용 절탄기 핀튜브에 대하여 보수를 목적으로 Inconel 625 아크 열용사 코팅기술 적용 후 실링처리를 실시하였다. 모재(Substrate), 열용사 코팅(Thermal Srpay Coating; TSC) 그리고 열용사 코팅+실링처리(TSC+Sealing) 시편에 대하여 내구성을 평가하기 위해 ASTM G76-05에 의거하여 고상입자 침식(Solid Particle Erosion; SPE) 실험을 실시하였다. 표면 손상 형상은 주사전자현미경과 3D 레이져 현미경을 통해 관찰했으며, 무게 감소량과 표면 거칠기 분석을 실시하여 내구성을 평가하였다. 그 결과 내구성은 TSC와 TSC+Sealing에 비해 Substrate가 우수하게 나타났으며, 이는 TSC 층 내에 존재하는 다수의 기공 결함에 기인한 것으로 판단된다. 또한 고상입자 침식 손상 메카니즘은 Substrate의 경우 연성 재질 특성인 소성변형과 피로에 의한 균열 생성이 동반되었으며, TSC와 TSC+Sealing의 경우 취성파괴 경향이 확인되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.202-202
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• 2012

유연성 투명 전도막은 현대 전자산업의 발전에 있어 필수적인 부품소재로서, 가시광선의 투과율이 80% 이상이고 면저항이 $100{\Omega}/sq.$ 전후이며 휘거나 접히고 나아가 두루마리의 형태로도 응용이 가능한 소재를 일컫는다. 이러한 유연성 투명 전도막은 차세대 정보디스플레이 산업 및 유비쿼터스 사회의 중심이 되는 유연성 디스플레이, 터치패널, 발광다이오드, 태양전지 등 매우 다양한 분야에 응용이 기대된다. 이러한 이유로 고 신뢰성 유연성 투명 전도막 개발기술은 차세대 산업에 있어서의 핵심기술로 인식되고 있다. 현재로서는 인듐 주석 산화물(indium tin oxide; ITO) 및 전도성 유기고분자를 사용하여 투명 전도막을 제조하고 있으나, ITO 박막의 경우 인듐 자원의 고갈로 인한 가격상승 및 기판과의 낮은 접착력, 열팽창계수의 차이로 인한 공정상의 문제, 산화물 특유의 취성으로 인한 유연소자로서의 내구성 저하 등의 문제가 제기되고 있다. 전도성 유기고분자의 경우는 낮은 전기전도도와 기계적강도, 유기용매 처리 등의 문제점이 지적되고 있다. 따라서 높은 전기전도도와 투광도 뿐만 아니라 유연성을 지니는 재료의 개발이 요구되고 있는 실정이다. 최근 이러한 재료로서 그래핀(graphene)과 탄소나노튜브(carbon nanotube; CNT)를 중심으로 하는 탄소나노재료가 주목받고 있으며 많은 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 열화학기상증착법(thermal vapor deposition; TCVD)으로 합성된 그래핀 및 CNT를 이용하여 탄소나노재료 복합체 기반의 유연성 투명 전도막을 제작하고 그 특성을 평가하였다. 그래핀과 CNT합성을 위한 기판으로는 각각 300 nm 두께의 니켈과 1 nm 철이 증착된 실리콘 웨이퍼를 이용하였으며, 원료가스로는 메탄(CH4)과 아세틸렌(C2H2)등의 탄화수소가스를 이용하였다. 그래핀의 경우 원료가스의 유량, 합성온도, 냉각속도를 변경하여 대면적으로 두께균일도가 높은 그래핀을 합성하였으며, CNT의 경우 합성시간을 변수로 길이 제어합성을 도모하였다. 합성된 그래핀은 식각공정을, CNT는 스프레이 증착공정을 통해 고분자 기판(polyethylene terephthalate; PET) 위에 순차적으로 전사 및 증착하여 탄소나노재료 복합체 기반의 유연성 투명 전도막을 제작하였다. 제작된 탄소나노재료 복합체 기반의 유연성 투명 전도막은 물리적 과부하를 받았을 때 발생할 수 있는 유연성 투명 전도막의 구조적결함에 기인하는 전도성 저하를 보상하는 특징이 있어, 그래핀과 탄소나노튜브 각각으로 제조된 유연성 투명 전도막보다 물리적인 하중이 반복적으로 인가되었을 때 내구성이 향상되는 효과가 있다. 40% 스트레인을 반복적으로 인가하였을 때 그래핀 투명 전도막은 20 사이클 이후에 면저항이 $1-2{\Omega}/sq.$에서 $15{\Omega}/sq.$ 이상으로 급증한 반면 그래핀-CNT 복합체 투명 전도막은 30사이클까지 $1-2{\Omega}/sq.$ 정도의 면저항을 유지하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2012년도 추계총회 및 학술대회 논문집
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• pp.123-123
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• 2012

최근 연구되고 있는 TSV(Through Silicon Via) 기술은 Si 웨이퍼 상에 직접 전기적 연결 통로인 관통홀을 형성하는 방법으로 칩간 연결거리를 최소화 할 수 있으며, 부피의 감소, 연결부 단축에 따른 빠른 신호 전달을 가능하게 한다. 이러한 TSV 기술은 최근의 초경량화와 고집적화로 대표되는 전자제품의 요구를 만족시킬 수 있는 차세대 실장법으로 기대를 모으고 있다. 한편, 납땜 재료의 주 원료인 주석은 주로 반도체 소자의 제조, 반도체 칩과 기판의 접합 및 플립 칩 (Flip Chip) 제조시의 범프 형성 등 반도체용 배선재료에 널리 사용되고 있다. 최근에는 납의 유해성 때문에 대부분의 전자제품은 무연솔더를 이용하여 제조되고 있지만, 주석을 이용한 반도체 소자가 고밀도화, 고 용량화 및 미세피치(Fine Pitch)화 되고 있기 때문에, 반도체 칩의 근방에 배치된 주석으로부터 많은 알파 방사선이 방출되어 메모리 셀의 정보를 유실시키는 소프트 에러 (Soft Error)가 발생되는 위험이 많아지고 있다. 이로 인해, 반도체 소자 및 납땜 재료의 주 원료인 주석의 고순도화가 요구되고 있으며, 특히 알파 방사선의 방출이 낮은 로우알파솔더 (Low Alpha Solder)가 요구되고 있다. 이에 따라 본 연구는 4인치 실리콘 웨이퍼상에 직경 $60{\mu}m$, 깊이 $120{\mu}m$의 비아홀을 형성하고, 비아 홀 내에 기능 박막증착 및 전해도금을 이용하여 전도성 물질인 Cu를 충전한 후 직경 $80{\mu}m$의 로우알파 Sn-1.0Ag-0.5Cu 솔더를 접합 한 후, 접합부 신뢰성 평가를 수행을 위해 고속 전단시험을 실시하였다. 비아 홀 내 미세구조와 범프의 형상 및 전단시험 후 파괴모드의 분석은 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope)을 이용하여 관찰하였다. 연구 결과 비아의 입구 막힘이나 보이드(Void)와 같은 결함 없이 Cu를 충전하였으며, 고속전단의 경우는 전단 속도가 증가할수록 취성파괴가 증가하는 경향을 보였다. 본 연구를 통하여 전해도금을 이용한 비아 홀 내 Cu의 고속 충전 및 로우알파 솔더 볼의 범프 형성이 가능하였으며, 이로 인한 전자제품의 소프트에러의 감소가 기대된다.

• Elastomers and Composites
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• 제48권3호
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• pp.216-220
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• 2013

본 연구에서는 목분-고분자 복합체(Wood Flour-Polymer Composite, WPC)의 상분리 특성을 조사하고 이를 토대로 목분함량에 따른 WPC의 기계적 물성 변화에 관한 원인을 규명하였다. 이를 위해 고분자 매트릭스로 폴리프로필렌을 사용하여 서로 다른 함량의 목분을 갖는 시편을 제조하였다. 서로 다른 목분 함량을 갖는 시편들의 DSC thermogram으로부터 목분 함량에 따른 고분자 PP의 결정화 경향과 $T_m$ 경향을 분석하였다. 목분 함량이 증가함에 따라 고분자 PP의 결정량 및 $T_m$값 모두 감소하다 다시 증가하는 결과를 나타내었다. 이로부터 낮은 목분 함량에서는 목분이 매트릭스인 고분자 내에 분산되어 있으나 일정 목분 함량이상에서는 WPC의 매트릭스인 PP와 목분사이에 상분리가 일어남을 확인할 수 있었다. 한편, WPC 시편의 인장강도는 목분 함량이 증가할수록 감소하는 결과를 나타내었다. 낮은 목분 함량에서는 고분자에 분산된 목분과 고분자 사이에서의 낮은 계면 결합력과 시편내에서 강도를 높이는 역할을 하는 결정량의 감소가, 높은 목분 함량에서는 PP와 목분사이에서의 상분리로 인한 계면 결함이 WPC 시편의 인장강도를 목분함량 증가에 따라 지속적으로 감소시키는 원인이 되는 것으로 파악되었다. WPC 시편의 충격강도는 목분 함량이 증가함에 따라 증가하다가 목분 함량이 20%인 경우 최고값을 나타내며, 그 이후 다시 감소하는 경향을 나타내었는데, 낮은 목분 함량에서는 목분 함량이 증가할수록 시편의 결정량이 감소하므로 시편의 취성 감소에 의해 충격강도가 향상되나, 높은 목분 함량에서는 고분자 매트릭스와 목분 사이의 상분리로 인해 다시 충격강도가 저하되기 때문인 것으로 판단된다.

• 수산해양기술연구
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• 제20권1호
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• pp.49-59
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• 1984

선박용 강판(KR Grade A-1, SWS41A, SWS41B)의 수중용접 최적화에 관한 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 국산 라임티타니아계 용접봉 피복제의 흡수속도는 약 60분에서 일정하게 되고, 침수시간 8분까지의 흡수속도는 약 0.15%/min 였으므로 40cm 용접기간중의 정미 흡수량은 약 0.22%미만에 불과하였다. 2. 위의 이유와 건조, 직접, 침수용접봉에 의한 대기중, 수상, 수중용접과 모재의 인장강도 및 미시조직 비교실험결과에 의하면, 수중용접시간이 8분이내의 충분히 짧은 때에는 강도상 건조된 직접용접봉의 사용이 가능할 것이다. 3. 용접조건이 수중용접비이드에 미치는 영향을 KR Grade A-1강판에 대하여 조사한 결과, 용접각도는 60$^{\circ}$, 용접전류는 160A정도, 용접봉지름은 4mm인 경우가 적합하며, 또한 비이드외관과 X-선검사에 의하면 일미나이트, 라임티타니아, 고산화티탄계 용접봉이 가장 적합하였다. 4. 위의 용접봉 종류와 각 지름에 대해 비이드외 관검사에 의한 적정 수중용접전류의 범위는 어느 일정 범위내에 제한되며, 용접봉지름의 증가에 따라 전류는 증가하는 경향이다. 5. 수중용접부의 용착금속부에 관한 기계적특성조사에 의하면, 인장강도와 항복강도는 입열량과 이차함수적 관계가 성립되고, 이음효율이 100% 이상의 범위가 존재하며, 충격치와 스트레인은 모재의 경우보다 낮으나 그 증가현상이 고입열량 범위에서 존재하므로, SWS41A에 대한 수중용접 최적입열량범위는 약 13~15KJ/cm이다. 한편, 인장-인장 편진 피로한도가 모재의 경우보다 높고, 충격치와 연신율을 고려하여 구한 최적입열량의 범위는 약 16~19KJ/cm로서, 피로강도를 높이기 위한 입열량은 정적 인장강도때보다 고입열량으로 수중용접해야 한다. 이때 모든 실험식의 신뢰성은 95%수준이다. 6. 수중용접부에 대한 X-선검사와 미시조직검사 및 경도분포조사에 의하면 용접결함은 발견되지 않았으며, 특히, 깊이 1mm 표층부의 모재측 열영향부와 본드(bond)와의 경계부근에 경도 Hv400 max으로서 미세 마르텐사이트, 베이나이트, 퍼얼라이트와 소량의 조대한 입계페라이트 조직이며 그 외의 부위는 퍼얼라이트와 페라이트 조직으로서, 수소취성영향의 극심한 경도증가 및 조직은 발견되지 않았다. 7. 위에서 구한 입열량의 최적범위 내에서의 제어에 의하여 수중용접 할 경우, 신뢰성 있는 용접품질의 최적화가 가능할 것이다.