PURPOSES : In this study, a fracture-based finite element (FE) model is proposed to evaluate the fracture behavior of fiber-reinforced asphalt (FRA) concrete under various interface conditions. METHODS : A fracture-based FE model was developed to simulate a double-edge notched tension (DENT) test. A cohesive zone model (CZM) and linear viscoelastic model were implemented to model the fracture behavior and viscous behavior of the FRA concrete, respectively. Three models were developed to characterize the behavior of interfacial bonding between the fiber reinforcement and surrounding materials. In the first model, the fracture property of the asphalt concrete was modified to study the effect of fiber reinforcement. In the second model, spring elements were used to simulated the fiber reinforcement. In the third method, bar and spring elements, based on a nonlinear bond-slip model, were used to simulate the fiber reinforcement and interfacial bonding conditions. The performance of the FRA in resisting crack development under various interfacial conditions was evaluated. RESULTS : The elastic modulus of the fibers was not sensitive to the behavior of the FRA in the DENT test before crack initiation. After crack development, the fracture resistance of the FRA was found to have enhanced considerably as the elastic modulus of the fibers increased from 450 MPa to 900 MPa. When the adhesion between the fibers and asphalt concrete was sufficiently high, the fiber reinforcement was effective. It means that the interfacial bonding conditions affect the fracture resistance of the FRA significantly. CONCLUSIONS : The bar/spring element models were more effective in representing the local behavior of the fibers and interfacial bonding than the fracture energy approach. The reinforcement effect is more significant after crack initiation, as the fibers can be pulled out sufficiently. Both the elastic modulus of the fiber reinforcement and the interfacial bonding were significant in controlling crack development in the FRA.
It is of importance to know that the bonding strength and interfacial stress of SOI wafer pairs to meet with mechanical and thermal stresses during process. We fabricated Si/2000$\AA$-SiO$_2$ ∥ 2000$\AA$-SiO$_2$/Si SOI wafer pairs with electric furnace annealing, rapid thermal annealing (RTA), and fast linear annealing (FLA), respectively, by varying the annealing temperatures at a given annealing process. Bonding strength and interfacial stress were measured by a razor blade crack opening method and a laser curvature characterization method, respectively. All the annealing process induced the tensile thermal stresses. Electrical furnace annealing achieved the maximum bonding strength at $1000^{\circ}C$-2 hr anneal, while it produced constant thermal tensile stress by $1000^{\circ}C$. RTA showed very small bonding strength due to premating failure during annealing. FLA showed enough bonding strength at $500^{\circ}C$, however large thermal tensile stress were induced. We confirmed that premated wafer pairs should have appropriate compressive interfacial stress to compensate the thermal tensile stress during a given annealing process.
Kim, T.H.;Lee, K.S.;Kim, J.H.;Moon, Y.H.;Lee, Y.S.;Yoon, E.Y.
Transactions of Materials Processing
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v.27
no.5
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pp.267-275
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2018
The clad sheet material is produced by a roll-bonding process of one or more materials with different properties. Good formability of clad sheet material is an essential property in to deform a clad metal sheet into a part or component. Performance of the clad sheet material largely depends on interfacial bond strength between different materials. In this study, interfacial bond strength of STS/Al clad sheet was analyzed by varying experimental parameters using a blanking process. Experimental parameters are the punching speed, clearance, and stacking order of plate materials. In addition, blanking test results were compared with bond strengths measured by the T-peel test, that analyzes interface bonding strength of the standard clad sheet. The blanking process was analyzed by the finite element method under the sticking condition of interface of different materials, and experimental results and analysis results were compared.
Khuyen, Nguyen Quang;Kim, Jin-Bong;Kim, Byung-Sun;Lee, Soo
Advanced Composite Materials
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v.18
no.3
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pp.221-232
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2009
The allylamine plasma treatment is used to modify the surface properties of vapor grown carbon fibers (VGCF). It is to improve the interfacial bonding between the VGCF and epoxy matrix. The allylamine plasma process was performed by batch process in a vacuum chamber, using gas injection followed by plasma discharge for the durations of 20, 40 and 60 min. The interdependence of mechanical properties on the VGCF contents, treatment time and interfacial bonding between VGCF/ep was investigated. The interfacial bonding between VGCF and epoxy matrix was observed by scanning electron microscopy (SEM) micrographs of nanocomposites fracture surfaces. The changes in the mechanical properties of VGCF/ep, such as the tensile modulus and strength were discussed. The mechanical properties of allylamine plasma treated (AAPT) VGCF/ep were compared with those of raw VGCF/ep. The tensile strength and modulus of allyamine plasma treated VGCF40 (40 min treatment)/ep demonstrated a higher value than those of other samples. The mechanical properties were increased with the allyamine plasma treatment due to the improved adhesion at VGCF/ep interface. The modification of the carbon nanofibers surface was observed by transmission electron microscopy (TEM). SEM micrographs showed an excellent dispersion of VGCF in epoxy matrix by ultrasonic method.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.28
no.2
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pp.65-70
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2021
In this study, interfacial properties and mechanical properties of joints were reported after Cu pads finished with organic solderability preservative (OSP) on flame retardant-4 (FR-4) printed circuit board (PCB) and electronic components were joined with a Sn-57Bi-1Ag solder paste by using a laser bonding process. The laser bonding process was performed under various bonding conditions with changing a laser power and a bonding time and effects of bonding conditions on interfacial and mechanical properties of joints were analyzed. In order to apply for industry, properties of bonding joints using a reflow bonding process which are widely used were compared. When the laser bonding process were performed, we observed that Cu6Sn5 intermetallic compounds (IMCs) were fully formed at the interface although the bonding times were very short about 2 and 3 s. Furthermore, void formations of the joints by using the laser bonding process were suppressed at the joints with comparing to the reflow bonding process and shear strengths of bonding joints were higher than that by using the reflow bonding process. Therefore, in spite of a very short bonding time, it is expected that joints will be stably formed and have a high mechanical strength by using the laser bonding process.
The interfacial bonding energy between laser surface treated HA layer and Ti alloy substrate was investigated using a mechanical push-out tester. The initial slope of shear-stress and reduced displacement curves, maximum interfacial bond strength and bonding energy were calculated from results of the push-out test. The calculated initial slpoes are 38 MPa for the Ti alloy(A), 65 MPa for the sandblast finished specimen(B), 95 MPa for the HA plasma spray coated specimen and 49 MPa for the laser surface treated specimen(D). The maximum interfacial bonding strength are 3 MPa for the A, 19 MPa for the B, 20 MPa for the C, 10 MPa for the D. The interfacial bonding energies are $3.3\times10^{-9}J/mm^2$ for the A, $15.5\times10^{-9}J/mm^2$ for the B, $15.6\times10^{-9}J/mm^2$ for the C and $18.3\times10^{-9}J/mm^2$ for the D. Microscopic observation shows that the breaking of the laser treated specimen had been occured through the boundary between HA layer and polymer resin, but the untreated specimen had been occured through the inside of HA coating layer.
This study was performed to observe the micro-structure change of surface, behavior of oxide change of element, the component transformation of the alloy and the bonding strength between the porcelain interface in order to investigate effects of indium, tin on interfacial properties of porcelain fused to low gold alloy. Hardness of castings was measured with a micro-Vicker's hardness tester. The compositional change of the surface of heat-treated specimen was analyzed with an EDS and an EPMA. The interfacial shear bonding strength between alloy specimen and fused porcelain was measured with a mechanical testing system(MTS 858.20). The results were as follows: 1) The hardness value of alloy increased as increasing amount of indium addition. 2) The formation of oxidation increased as increasing indium and tin contents after heat treatment. 3) Diffusion of indium and tin elements increased as increasing indium and tin contents in metal-porcelain surface after porcelain fused to metal firing. 4) The most interfacial shear bonding strength was increased as increasing a composition of adding elements, and a heat-treatment time, and an oxygen partial pressure. From the results of this study it was found that the addition of alloying elements such as indium and tin increase hardness of as-cast alloy, produce surface oxide layer of adding elements by heat-treatment which may improve interfacial bonding strength between alloy and porcelain.
Park, Jong-Myeong;Kim, Su-Hyeong;Kim, Sarah Eun-Kyung;Park, Young-Bae
Journal of Welding and Joining
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v.30
no.3
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pp.26-31
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2012
Three-dimensional integrated circuit (3D IC) technology has become increasingly important due to the demand for high system performance and functionality. We have evaluated the effect of Buffered oxide etch (BOE) on the interfacial bonding strength of Cu-Cu pattern direct bonding. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis of Cu surface revealed that Cu surface oxide layer was partially removed by BOE 2min. Two 8-inch Cu pattern wafers were bonded at $400^{\circ}C$ via the thermo-compression method. The interfacial adhesion energy of Cu-Cu bonding was quantitatively measured by the four-point bending method. After BOE 2min wet etching, the measured interfacial adhesion energies of pattern density for 0.06, 0.09, and 0.23 were $4.52J/m^2$, $5.06J/m^2$ and $3.42J/m^2$, respectively, which were lower than $5J/m^2$. Therefore, the effective removal of Cu surface oxide is critical to have reliable bonding quality of Cu pattern direct bonds.
Embedding of active devices in a printed circuit board has increasingly been adopted as a future electronic technology due to its promotion of high density, high speed and high performance. One responsible technology is to embedded active device into a dielectric substrate with a build-up process, for example a chipin-substrate (CiS) structure. In this study, desmear treatment was performed before Cu metallization on an FR-4 surface in order to improve interfacial adhesion between electroless-plated Cu and FR-4 substrate in Cu via structures in CiS systems. Surface analyses using atomic force microscopy and x-ray photoemission spectroscopy were systematically performed to understand the fundamental adhesion mechanism; results were correlated with peel strength measured by a 90o peel test. Interfacial bonding mechanism between electrolessplated Cu and FR-4 substrate seems to be dominated by a chemical bonding effect resulting from the selective activation of chemical bonding between carbon and oxygen through a rearrangement of C-C bonding rather than from a mechanical interlocking effect. In fact, desmear wet treatment could result in extensive degradation of FR-4 cohesive strength when compared to dry surface-treated Cu/FR-4 structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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