• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.35.2-35.2
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• 2009

최근 본 연구실에서 무연 솔더를 위한 새로운 Cu-Zn 합금 젖음층을 개발하였다. 전해도금을 통하여 Cu-Zn 합금층을 형성한 뒤 그 위에 Sn-4.0wt% Ag-0.5wt% Cu (SAC 405) 솔더를 리플로 솔더링을 통해 솔더접합부를 형성하였으며 계면에서 생성된 금속간 화합물의 형성 및 성장 거동을 연구하였다. SAC/Cu 시스템의 경우, $150^{\circ}C$에서 시효 처리를 실시하는 동안 솔더와 도금된 Cu 계면에서 $Cu_6Sn_5$ 상과 미세한 공공이 형성된 $Cu_3Sn$ 상이 발견되었다. 반면에 SAC/Cu-Zn 시스템에서는 계면에서 $Cu_6Sn_5$ 상만이 형성되었다. 또한 큰 판상형의 $Ag_3Sn$ 상이 SAC/Cu 시스템에 비해 현저하게 억제되었다. SAC/Cu-Zn 계면에서의 금속간 화합물의 성장 속도가 SAC/Cu 계면에서 형성된 금속간 화합물의 성장 속도보다 느리게 나타났다. Cu-Zn 젖음층의 Zn가 솔더와 Cu-Zn 층 사이에서 Cu와 Sn 원자의 상호 확산을 방해하기 때문이다. 본 연구에서는 Cu와 Cu-Zn 층을 이용한 솔더 접합부의 낙하 충격 신뢰성을 연구하였다. 낙하 충격 시험 시편은 두 개의 인쇄 회로 기판을 SAC 405 솔더볼을 이용하여 리플로를 통해 상호연결 하여 제조되었다. 이 때, 각각의 인쇄 회로 기판의 패드에는 Cu 층과 Cu-Zn층을 전해도금을 통하여 각각 $10{\mu}m$두께의 젖음층을 형성하였다. 낙하 시험 시편을 제조한 뒤, 시효 처리에 대한 낙하 저항 신뢰성의 특성을 연구하기 위해 250, 500 시간동안 시효처리를 한 후 각 조건에서 계면에 형성된 금속간 화합물의 성장 거동을 관찰하였으며, 낙하 충격 시험을 실시하였다. 낙하 시험은 daisy chain으로 연결된 시편의 저항이 100 Ohm 이상 측정되었을 때 중단되도록 하였다. Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 시편의 경우 초기 리플로를 하였을 때 불량이 발생하는 평균 낙하 수는 350이며, Cu/SAC/Cu 시편의 평균 낙하수는 200 미만으로 나타났다. Cu/SAC/Cu 시편의 경우, 시효처리 시간이 증가함에 따라 평균 낙하수는 큰 폭으로 감소하였지만, Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 시편은 불량이 발생하는 평균 낙하수의 감소폭이 보다 완만하게 나타났다. Cu 층에 Zn를 첨가함으로써 솔더와 젖음층 사이에서 형성된 금속간 화합물의 성장 및 미세 공공의 형성이 억제되었고, 솔더 접합부의 과냉을 감소시킴으로써 큰 판상형의 $Ag_3Sn$ 상의 형성을 억제함으로써 Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 솔더 접합부에서 Cu/SAC/Cu 솔더 접합부보다 낙하 충격에 대한 저항성 및 신뢰성이 향상되었다. 이는 무연 솔더에 Zn를 첨가하여 낙하 충격 신뢰성을 향상시킨 것과 동일한 효과를 나타냈음을 확인하였다. 본 연구는 한국 과학 기술 재단의 전자패키지 재료 연구 센터(CEPM)와 지식 경제부의 부품 소재 기술 개발 사업의 지원을 받아 수행되었습니다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2009.07a
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• pp.2079_2080
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• 2009

MEMS 기술을 이용한 다양한 센서의 개발과정에서 신뢰성 확보는 매우 중요한 문제이며, 여러 가지 신뢰성 항목 가운데 낙하시험은 가장 기본이 되는 항목이다. 단시간 내에 낙하에 대한 내충격성을 확보하는 MEMS 센서를 개발하기 위해 본 논문에서는 FEA와 high-level 모델을 결합한 낙하시험 모의진단법을 제안하였다. 제안된 모의진단법을 통해 MEMS 소자에서의 최대응력과 응력분포, 최대변위, 그리고 낙하시의 과도응답과 오신호 등의 결과를 확보할 수 있으며 이들을 토대로 MEMS 소자에서의 취약부위를 파악하고 이를 보완할 수 있으며 낙하시의 오동작을 제거하도록 신호처리 회로 등을 보완할 수도 있을 것이며 이를 통해 단시간 내에 최소의 비용으로 내충격성을 확보한 MEMS 센서를 개발하는 것이 가능해질 것이다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.29 no.3
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• pp.49-53
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• 2022

Ultra-thin glass (UTG) has been widely used in foldable display as a cover window for the protection of display and has a great potential for rollable display and various flexible electronics. The foldable display is under impact loading by bending and touch pen and exposed to other external impact loads such as drop while people are using it. These external impact loads can cause cracks or fracture to UTG because it is very thin under 100 ㎛ as well as brittle. Cracking and fracture lead to severe reliability problems for foldable smartphone. Thus, this study constructs finite element analysis (FEA) model for the pen drop test which can measure the impact resistance of UTG and conducts mechanical modeling to improve the reliability of UTG under impact loading. When a protective layer is placed to an upper layer or lower layer of UTG layer, stress mechanism which is applied to the UTG layer by pen drop is analyzed and an optimized structure is suggested for reliability improvement of UTG layer. Furthermore, maximum principal stress values applied at the UTG layer are analyzed according to pen drop height to obtain maximum pen drop height based on the strength of UTG.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.36 no.11
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• pp.1121-1125
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• 2008

A development of landing gear drop test rig system for a small aircraft was studied and presented in this paper. Hydraulic actuators were considered in order to operate test system automatically and the wire winch system was applied to keep safety of test operators. This rig system was manufactured after checking the structural stability. Friction force measurement and drop velocity evaluation tests were done to confirm the confidence of test system. As a results of evaluation tests, it was confirmed that developed landing gear drop test system was adaptable.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.16 no.1
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• pp.33-38
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• 2009

The use of portable devices has created the need for new reliability criterion of drop impact tests because of the tendency to accidentally drop in the use of these devices. The effects of different PCB surface finishes (organic solderability preservative (OSP) and electroless nickel immersion gold (ENIG)) and high temperature storage (HTS) test on the drop reliability were studied. Various drop test conditions were used to evaluate a drop reliability of assemblies to endure such impact and shock load. In the case of the as-reflowed samples (no HTS test), the SAC/OSP boards exhibited a better drop impact reliability than that of SAC/ENIG. However, the reverse was true if HTS test is performed. In addition, significant decrease of drop reliability was observed for both SAC/ENIG and SAC/OSP assemblies after HTS test. It was also observed that the thickness of intermetallic compound layer do play an important role in the brittle fracture of drop test.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.37 no.2
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• pp.193-200
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• 2009

This paper investigated the drop characteristics of oleo pneumatic type landing gear for small aircraft and the effects of cavitations in modeling the landing gear system. The landing gear system employed a simple oleo pneumatic type damper without a metering pin. In general, oleo-pneumatic type landing gears are light-weighted because of it's simplicity, yet they offer excellent impact absorption characteristics. In this study, the landing gear system was modeled using MSC ADAMS, which offers a drop simulation module. After modeling the system, a series of testing was conducted, using a prototype landing gear system, to validate the analysis model and simulation results. The effect of cavitation was considered in the simulation model to obtain a better correlation between the test and simulation results. The results show that adding the cavitation effect in the simulation model significantly improved the simulation model and better captured the dynamic behaviors of the landing system. Using the 'cavitation' model, dynamics characteristics of the landing gear were further evaluated for other landing conditions, such as landing in various angles of slopes.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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• v.47 no.2
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• pp.55-59
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• 2010

Recently it is tried to use load control model for maneuver moving object. MIN design method proposed to solve control problem of nonlinear system using load concept. The Min design method shows direct method for finding control value on the load control model. In this paper, is shown realization free falling model using nonlinear load control model and analysis of load values acting falling object according to disturbance. And made a trajectory according to acting load values due to disturbance. This paper's result is able to be applied to design algorithm for improvement accuracy of MLRS, GPS air-to-surface missile(ASM) and returning spacecraft with nonlinear model predictive control.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.226-226
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• 2008

지난 10여년 동안 Sn-3.0Ag-0.5(wt%)Cu 합금은 대표 무연솔더 조성으로 다양한 전자제품의 실장 및 접합에 적용되어 왔으며, 그 신뢰성 역시 충분히 검증된 바 있다. 그러나 최근 Ag 가격의 급격한 상승과 솔더 접합부의 내 충격 신뢰성을 보다 향상시키고자 하는 업계의 동향은 Ag의 함량이 낮은 무연솔더 조성의 적용 확대를 유도하고 있다. 이에 따라 본 연구자들은 저 Ag 함유 무연슬더로 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성을 제안한 바 있는데, 이는 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성 이상의 solderability를 가지면서도 그 금속원료 가격이 약 20% 가량 저렴한 특징을 가진다. 또한 열 싸이클링 (cycling) 테스트를 통한 슬더 조인트의 신뢰성을 평가한 결과, Sn-3.0Ag-0.5Cu에 크게 뒤떨어지지 않는 양호한 특성이 관찰되었다. 따라서 본 연구에서는 열 싸이클링 테스트와 더불어 최근 그 중요성이 지속적으로 커지고 있는 내 충격 신뢰성 평가 시험을 실시하여 개발된 4원계 무연솔더 조성의 기계적 특성을 기존 무연솔더 조성과 비교, 분석해 보았다. 각 솔더 조성은 솔더 볼 형태로 제조되어 CSP(Chip Scale Package) 상에 범핑 (bumping)되었으며, CSP를 PCB(Printed Circuit Board) 상에 실장하는 공정에서도 Sn-3.0Ag-0.5Cu 및 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In의 두 종류의 솔더 페이스트가 사용되었다. 본 연구에서의 내 충격 신뢰성 시험에는 자체 제작한 rod drop 시험기를 사용하였는데, 고정된 CSP 실장 board의 후면 부위를 일정한 높이에서 추를 반복적으로 자유 낙하시켜 급격한 충격을 주는 방식으로 실험을 실시하였다. 이 때 추의 무게는 30g, 낙하 높이는 10cm 였으며, 추의 낙하 시 측정된 board 의 휨 변위량은 약 0.7mm로 측정되었다. 사용된 CSP와 PCB 는 모두 daisy chain 방식으로 연결되어 있기 때문에 저항측정기를 사용한 간단한 실시간 저항 측정 방법으로 시험 이력에 따른 파단부의 발생 시점과 대략의 위치를 손쉽게 확인할 수 있었다. 솔더 조인트의 파단 기준 저항값으로 $1000\Omega$을 설정하였으며. 각 조건 당 5 개 이상의 샘플에 대해 평가를 실시한 후 그 평균값을 조사하였다. 시험 결과 제안된 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성은 대표적인 저 Ag 함유 조성인 Sn-1.0Ag-0.5Cu에 비해서는 떨어지는 내 충격 신뢰성을 나타내었지만, 우수한 연성에 기인하여 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성에 비해서는 약 2 배 이상 우수한 신뢰성이 관찰되었다. 또한 CSP의 실장 시 Sn-3.0Ag-0.5Cu보다 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성 솔더 페이스트를 적용한 경우에서 보다 우수한 내 충격 신뢰성을 나타내어 기본적으로 개발된 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 솔더 페이스트가 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성의 기존 솔더 페이스트 보다 내 충격 신뢰성이 우수함을 검증할 수 있었다. 각 조성의 솔더 조인트를 $150^{\circ}C$ 에서 500시간 aging한 후 실시한 내 충격 신뢰성 평가에서는 모든 조성에서 그 신뢰성이 급감하는 경항을 나타내었으나, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In가 Sn-l.0Ag-0.5Cu보다도 그 상대적인 신뢰성이 우수한 것으로 관찰되었다. 이와 같이 aging 후 실시하는 충격시험은 가장 실제적인 상황과 유사한 조건이므로 상기의 실험 결과는 매우 고무적이었으며, 이에 대한 보다 면밀한 분석이 요청되었다. 마지막으로 파면 및 미세조직 관찰을 통하여 각 조성에서의 충격 파단 특성을 비교, 분석해 보았다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.34 no.11
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• pp.1733-1740
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• 2010

The analysis of the dynamic behavior of the packaging of a drum washing machine has been carried out under the drop impact conditions. LS-DYNA software is used for performing the finite element analysis, and the validations are performed by comparing with the impact acceleration, effective stress and deformation of cushioned package with high-speed camera during free drop test. By analyzing the cushion characteristics and the design parameters of the original packaging, a packaging with an improved design is developed, and this design is validated on the basis of the results of the distribution test which consists of drop test, vibration test, stacking test, squeez test and so on. The drop impact simulation and analysis methods developed in this study can be adopted to successfully improve the cushioning provided by the packaging and to reduce the cost involved in developing new packaging for drum washing machines.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2008.11a
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• pp.250-255
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• 2008

This study utilized a high speed lap-shear test to evaluate the mechanical behavior of Sn-37Pb/Cu and Sn-37Pb/Electroless Nickel immersion Gold under bump metallization solder joints under high speed loading and hence the drop reliability. The samples were aged for 120 h at different temperatures ($120^{\circ}C,\;150^{\circ}C,\;170^{\circ}C$) and afterward tested at different displacement rates (0.01 mm/s to 500 mm/s) to examine the effects of aging on the drop life reliability. The combination of the stress-strain graphs captured from the shear tests and identifying a fracture mode dominant in the samples for different strain rates leads us to conclude that the drop reliability of solder joints degrades as the aging temperature increases, possibly due to the role of the IMC layer. This study successfully demonstrates that the analysis based on a high speed lap-shear test could be critically used to evaluate the drop reliability of solder joints.