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레이저 쇼크 피닝에 의한 H13/Cu 경사기능재료의 잔류응력 평가
신기훈(K. H. Shin),정호연(H. R. Cheong),정성균(S. K. Cheong),최대철(D. C. Choi),왕환(H. Wang) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
경사기능재료(Functionally Graded Materials)는 소재의 물성이 점진적으로 변화하는 것이 특징으로, 각 소재의 장점을 극대화 하는 것이 가능하여 많은 공학 분야에 적용될 수 있다. 본 연구에서는 DMT (Laser-aided Direct Metal Tooling) 공정을 통해 열전도성 사출 금형의 형상적응형 냉각회로 등에 적용 가능한 H13/Cu FGM 시편을 제작하였다. 레이저 기반 금속 프린팅으로 소재를 적층할 경우, 발생되는 열에 의해 제작된 시편의 균열 등을 유발하는 인장 잔류응력의 형성이 필연적이다. 따라서 본 연구에서는 적층 시편의 표면에 형성되는 인장잔류응력을 해소할 수 있는 방안으로 LSP (Laser Shock Peening) 공정 연구를 수행하였다. H13, Cu 소재의 무게 분율 20 wt%에 의해 6 종의 H13/Cu FGM 시편을 먼저 적층 제작하고, LSP 공정 전후의 시편에서 XRD 회절 패턴 분석(2θ 각도 변화 분석)을 통해 잔류응력을 측정하였다. 실험결과 LSP 공정 후 소재의 표면에 생성되는 압축잔류응력은 소재의 미세조직을 변형시키며, DMT 공정으로 생성된 인장잔류응력을 효과적으로 상쇄 시키는 것으로 판단된다.
플립칩 패키지에서 무연 솔더 조인트 및 UBM의 열충격 특성 해석
신기훈(K. H. Shin),김형태(H. T. Kim),장동영(D. Y. Jang) 한국생산제조학회 2007 한국공작기계학회 춘계학술대회논문집 Vol.2007 No.-
This paper presents a computer-based analysis on the thermal shock characteristics of Pb-free solder joints and UBM in flip chip assemblies. Among four types of popular UBM systems, TiW/Cu system with 95.5Sn-3.9Ag-0.6Cu solder joints was chosen for simulation. A simple 3D finite element model was first created only including silicon die, mixture between underfill and solder joints, and substrate. The displacements due to CTE mismatch between silicon die and substrate was then obtained through FE analysis. Finally, the obtained displacements were applied as mechanical loads to the whole 2D FE model and the characteristics of flip chip assemblies were analyzed. In addition, based on the hyperbolic sine law, the accumulated creep strain of Pb-free solder joints was calculated to predict the fatigue life of flip chip assemblies under thermal shock environments. The proposed method for fatigue life prediction will be evaluated through the cross check of the test results in the future work.
신기훈(K. H. Shin),김주한(J. H. Kim) 한국생산제조학회 2007 한국공작기계학회 춘계학술대회논문집 Vol.2007 No.-
UBM of flip chip assemblies consists of several layers such as the solder wetting, the diffusion barrier, and the adhesion layers. In addition, IMC layers are formed between the solder wetting layers(e.g. Cu, Ni) and the solder. The primary failure mechanism of the solder joints in flip chips is widely known as the fatigue failure caused by thermal fatigues or electromigration damages. Sometimes, the premature brittle failure occurs in the IMC layers. However, these phenomena have thus far been viewed from only experimental investigations. In this sense, this paper presents a method for solid modeling of IMC layers in flip chip assemblies, thus providing a pre-processing tool for finite element analysis to simulate the IMC failure mechanism. The proposed modeling method is CSG-based and can also be applied to the modeling of UBM structure in flip chip assemblies. This is done by performing Boolean operations according to the actual sequences of fabrication processes.