Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.12
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pp.1856-1863
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2004
In the last 50 years, lead-contained solder materials have been the most popular interconnect materials used in the electronics industry. Recently, lead-free solders are about to replace lead-contained solders for preventing environmental pollutions. However, the reliability of lead-free solders is not yet satisfactory. Several researchers reported that lead-contained solders have a good fatigue property. The others published that the lead-free solders have a longer thermal fatigue life. In this paper, the reason for the contradictory results published on the estimation of fatigue life of lead-free solder is investigated. In the present study, fatigue behavior of 63Sn37Pb, and two types of lead-free solder joints were compared using pseudo-power cycling testing method, which provides more realistic load cycling than chamber cycling method does. Pseudo-power cycling test was performed in various temperature ranges to evaluating the shear strain effect. A nonlinear finite element model was used to simulate the thermally induced visco-plastic deformation of solder ball joint in BGA packages. It was found that lead-free solder joints have a good fatigue property in the small temperature range condition. That condition induce small strain amplitude. However in the large temperature range condition, lead-contained solder joints have a longer fatigue life.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.1
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pp.105-122
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2011
The fundamental design goal of wireless sensor MAC protocols is to minimize unnecessary power consumption of the sensor nodes, because of its stringent resource constraints and ultra-power limitation. In existing MAC protocols in wireless sensor networks (WSNs), duty cycling, in which each node periodically cycles between the active and sleep states, has been introduced to reduce unnecessary energy consumption. Existing MAC schemes, however, use a fixed duty cycling regardless of multi-hop communication and traffic fluctuations. On the other hand, there is a tradeoff between energy efficiency and delay caused by duty cycling mechanism in multi-hop communication and existing MAC approaches only tend to improve energy efficiency with sacrificing data delivery delay. In this paper, we propose two different MAC schemes (ADS-MAC and ELA-MAC) using closed-loop control in order to achieve both energy savings and minimal delay in wireless sensor networks. The two proposed MAC schemes, which are synchronous and asynchronous approaches, respectively, utilize an adaptive timer and a successive preload frame with closed-loop control for adaptive duty cycling. As a result, the analysis and the simulation results show that our schemes outperform existing schemes in terms of energy efficiency and delivery delay.
Hye Young Jung;Yong Seok Jun;Kwan-Young Lee;Hyun S. Park;Sung Ki Cho;Jong Hyun Jang
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.15
no.2
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pp.253-260
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2024
Proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE) is an efficient method for utilizing renewable energy sources such as wind and solar powers to produce green hydrogen. For PEMWE powered by renewable energy sources, its durability is a crucial factor in its performance since irregular and fluctuating characteristics of renewable energy sources, especially for wind power, can deteriorate the stability of PEMWE. Triangular voltage cycle is well able to simulate fluctuating wind power, but its effect on the durability has not been investigated extensively. In this study, the performance degradation of the PEMWE cell operated with the triangular voltage cycling was investigated at different ramping rates. The measured current responses during the cycling gradually decreased for both ramping rates, and I-V curve measurements before and after the cycling confirmed the degradation of the performances of PEMWE. For both measurements, the degradation rate was larger for 300 mV s-1 than 30 mV s-1, and they were determined as 0.36 and 1.26 mV h-1 (at the current density of 2 A cm-2) at the ramping rates of 30 and 300 mV s-1, respectively. The comparison with other studies on triangular voltage cycling also indicate that an increase in the ramping rate accelerates the deterioration of the PEMWE performance. X-ray photoelectron spectroscopy and transmission electron microscopy results showed that the Ir catalyst was oxidized and did not dissolve during the voltage cycling. This study suggests that the ramping rate of the triangular voltage cycling is an important factor for the evaluation of the durability of PEMWE cells.
We report on electrochemical signal amplification using gap electrodes based on the redox cycling between gap electrodes. The distance between electrodes was controlled from $2{\mu}m$ to a few hundreds of nanometer by chemical deposition of reduced Au ion on the pre-defined electrodes. Enhanced redox current of ferri/ferrocyanide was obtained by redox cycling between the two working electrodes. The faradaic current is amplified about a thousand times in this redox system. Since the signal amplification is due to the shortened diffusion length between the two electrodes, the narrower the nanogap was, the better detection limit, calibration sensitivity, and dynamic range. The experimental results were discussed on the basis of the cyclic voltammetry (CV), atomic force microscope (AFM) and scanning electron microscope (SEM) measurements.
In this paper, we analyzed the electrical characteristics with Micro-cracks in Photovoltaic module. Micro cracks are increasing the breakage risk over the whole value chine from the wafer to the finished module, because the wafer or cell is exposed to mechanical stress. And The solar cells have to with stand the stress under out door operation in the finished module. Here the mechanical stress is induced by temperature changes and mechanical loads from wind and snow. So, we experimentally analyze the direct impact of micro-cracks on the module power and the consequences after artificial aging. The first step, we made micro-cracks in PV module by mechanical load test according to IEC 61215. Next, PV modules applied the thermal cycling test, because micro-cracks accelerated aging by thermal cycling test, according to IEC61215. Before every test, we checked output and EL image of PV module. As the result of first step, we detected little power loss(0.9%). But after thermal cycling test increased power loss about 3.2%.
In this study, two types of fatigue tests were conducted. First, cyclic bending tests were performed using the micro-bending tester. A four-point bending test method was adopted, because it induces uniform stress fields within a loading span. Second, thermal fatigue tests were conducted using a pseudo power cycling machine which was newly developed for a realistic testing condition. The pseudo-power cycling method makes up for the weak points in a power cycling and a chamber cycling method. Two compositions of solder are tested in all test condition, one is lead-free solder (95.5Sn4.0Ag0.5Cu) and the other is eutectic lead-contained solder (63Sn37Pb). In the cyclic bending test, the solder that exhibits a good reliability can be reversed depending on the load conditions. The lead-contained solders have a longer fatigue life in the region where the applied load is high. On the contrary, the lead-free solder sustained more cyclic loads in the small load region. A similar trend was detected at the thermal cycling test. A three-dimensional finite element analysis model was constructed. A finite element analysis using ABAQUS was performed to extract the applied stress and strain in the solder joints. A constitutive model which includes both creep and plasticity was employed. Thermal fatigue was occurred due to the creep. And plastic deformation is main damage for bending failure. From the inelastic energy dissipation per cycle versus fatigue life curve, it can be found that the bending fatigue life is longer than the thermal fatigue life.
Recently, wireless sensor networks are deployed in various applications range from simple environment monitoring systems to complex systems, which generate large amount of information, like motion monitoring, military, and telematics systems. Although wireless sensor network nodes are operated with low-power 8bit processor to execute simple tasks like environment monitoring, the nodes in these complex systems have to execute more difficult tasks. Generally, MAC protocols for wireless sensor networks attempt to reduce the energy consumption using duty cycling mechanism which means the nodes periodically sleep and wake. However, in the duty cycling mechanism. a node should wait until the target node wakes and the sleep latency increases as the number of hops increases. This sleep latency can be serious problem in complex and sensitive systems which require high speed data transfer like military, wing of airplane, and telematics. In this paper, we propose a solution for reducing transmission latency through distributed duty cycling (DDC) in wireless sensor networks. The proposed algorithm is evaluated with real-deployment experiments using CC2420DBK and the experiment results show that the DDC algorithm reduces the transmission latency significantly and reduces also the energy consumption.
Kim, Hyosung;Kim, Jaekwang;Kim, Nayeong;Lee, Ilbok;Hwang, Keebum;Bae, Joongho;Yoon, Songhun
Journal of Industrial and Engineering Chemistry
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v.67
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pp.266-275
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2018
Herein, a novel operating life (OL) test method was evaluated with 200 mAh pouch-type lithium-ion batteries. By combining the calendar life (CL) test with intermediate pulse power cycling, more realistic life prediction was possible, which encompassed real operation of batteries accompanying with thermal acceleration. Larger capacity decrease and resistance increase of pouch cell were observed in the OL test, which was well explained using the SEI film growth model. After dissemble of pouch cell, capacity loss and resistance increase mostly occurred within anode, reflecting that SEI film growth on anode surface was highly attributable to cell degradation.
Ji, Haiting;Li, Hui;Li, Yang;Yang, Li;Lei, Guoping;Xiao, Hongwei;Zhao, Jie;Shi, Lefeng
Journal of Power Electronics
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v.16
no.2
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pp.685-694
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2016
This paper presents a reliability assessment model for the power semiconductors used in wind turbine power converters. In this study, the thermal loadings at different timescales of wind speed are considered. First, in order to address the influence of long-term thermal cycling caused by variations in wind speed, the power converter operation state is partitioned into different phases in terms of average wind speed and wind turbulence. Therefore, the contributions can be considered separately. Then, in regards to the reliability assessment caused by short-term thermal cycling, the wind profile is converted to a wind speed distribution, and the contribution of different wind speeds to the final failure rate is accumulated. Finally, the reliability of an actual power converter semiconductor for a 2.5 MW wind turbine is assessed, and the failure rates induced by different timescale thermal behavior patterns are compared. The effects of various parameters such as cut-in, rated, cut-out wind speed on the failure rate of power devices are also analyzed based on the proposed model.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.23
no.2
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pp.37-42
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2016
While datacenter operation cost increases with electricity price rise, many researchers study low-power processor based supercomputers to reduce power consumption of datacenters. Reliability of low-power processors for supercomputers can be of concern since the reliability of many low-power processors are assessed based on mobile use conditions. This paper assessed the reliability of low-power processor packages based on supercomputer use conditions. Temperature cycling was determined as a critical failure cause of low-power processor packages through literature surveys and failure mode, effect and criticality analysis. The package temperature was measured at multiple processor load conditions to examine the relationship between processor load and package temperature. A physics-of-failure reliability model associated with temperature cycling predicted the expected lifetime of low-power processors to be less than 3 years. Recommendations to improve the lifetime of low-power processors were presented based on the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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