• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.104.1-104.1
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• 2018

열전소자는 열전현상을 이용한 재료로서 여기서 열전현상이란 열을 전기로 또는 전기를 열로 바꿀 수 있는 에너지 변환 현상을 의미한다. 그 중 Bi-Te계 열전소자는 $200^{\circ}C$이하의 온도에서 열전 효율이 우수하기 때문에 항공, 컴퓨터 등의 열전발전 또는 열전냉각 모듈에 널리 사용된다. 열전 모듈 제작시 Bi-Te 소자는 구리 기판에 접합하여 사용하게 되는데 이 때 솔더의 성분인 Sn과 기판의 Cu는 소자내로 확산하여 금속간 화합물을 형성한다. 이렇게 형성된 금속간 화합물은 접합강도를 저하시키는 원인뿐만 아니라 열전 성능을 저하시키는 원인이 된다. 본 연구에서는 이러한 접합강도와 열전성능의 저하를 막기 위해 BiTe 소자의 표면에 $4{\mu}m$두께의 Ni-P 도금 공정을 추가하여 Ni-P 도금층이 Cu와 Sn의 확산을 막는 방지층 역할을 하게 한다. 그리고 도금한 소자를 $3mm{\times}3mm{\times}3mm$로 커팅하여 구리 기판에 접합하여 열전 모듈을 제작하였다. 제작된 열전모듈의 단면을 EPMA분석한 결과 Ni-P 도금층이 확산방지층으로 잘 작용되었음을 확인하였다. 또한 접합강도 측정결과 도금을 하지 않은 Bi-Te소자에 비해 접합강도가 향상되었음을 확인하였다. 따라서 Ni-P도금을 실시함으로서 금속간 화합물 형성을 억제하고 열전모듈의 성능과 접합강도를 향상시킬 수 있었다.

• 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.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권1호
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• pp.21-28
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• 2015

최근에 콘크리트 모듈로 건설하는 부유 구조물에 대한 연구가 활발히 이루어짐에 따라 콘크리트 모듈 간 접합 공법에 대한 필요성이 대두되고 있다. 모듈 간 접합 작업은 수중에서 프리스트레싱 텐던을 긴장하여 이루어지므로 시공성이 저하될 가능성이 있어서 가접합을 위한 부착재료 개발이 요구된다. 이번 연구에서는 콘크리트 구조물 보수보강용 섬유보강 패널 부착에 사용된 수중용 에폭시에 $SiO_2$ 계열 마이크로 실리카(Micro-silica : MS)를 혼입하여 콘크리트 모듈 가접합용 접합재료를 개발, 평가하였다. 기존 수중용 에폭시에 0~4% MS를 혼입하여 부착성능 평가를 통하여 최적 MS 혼입량을 산정하였으며 수중용 에폭시의 점도에 따른 MS 혼입 효과를 확인하기 위하여 주제 비율을 각각 0, ${\pm}5$%, ${\pm}10%$로 조정하여 재료성능을 검토한 후 최적 비율을 도출하였다. 도출된 마이크로 실리카 수중용 에폭시(MSAE)의 콘크리트 모듈 접합 성능을 검증하기 위하여 콘크리트 모듈 접합 시험체에 3점 재하 실험을 실시한 결과 MSAE는 기존 수중용 에폭시에 비해 콘크리트 모듈 접합 성능이 크게 향상된 것으로 나타났다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.274-274
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• 2010

한국은 국제핵융합실험로 (ITER) 사업에 참여하고 있으며, 삼중수소 증식을 시험하기 위한 시험 모듈(TBM, Test Blanket Module)로서 HCML (Helium Cooled Molten Lithium) TBM을 설계, 개발하고 있다. 헬륨 및 액체 리튬을 냉각재와 증식재로 사용하는 개념으로, 구조재로서 Ferritic Martensitic (FM) 강이 사용될 예정이다. 특히, HCML TBM의 일차벽은 중성자 및 플라즈마로부터 입사되는 입자들을 차폐하기 위한 Be 차폐체와 FM강으로 구성되어 있으며, 일차벽 제작법 개발을 위해서는 Be과 FM강 간의 접합과 FM강 간의 접합 방법이 개발되어야 한다. FM강 간의 접합은 기존의 연구를 통해 접합 조건이 이미 도출되었고, 고열부하 시험을 통해 검증 완료한 상태이다. 그러나, Be과 FM강 간의 접합은 현재 개발단계에 있다. 본 논문에서는 고려 중인 구조재와 Be 차폐체 사이의 접합법 개발을 위해, 고온등방가압(HIP, Hot Isostatic Pressing) 조건을 도출하고, 운전조건과 유사 혹은 가혹한 조건에서 고열부하를 인가하여, 그 건전성을 평가하는 일련의 과정을 기술하였다. 본 연구에서는 Be과 FM강 간의 접합법 개발 및 검증을 위해 제작된 $80{\times}80{\times}1$ Be/FM강 mock-up을 국내에서 구축된 고열부하 시험 장비인 KoHLT를 활용하여 수행한 고열부하 시험에 대한 것이다. 본 mock-up은 $80{\times}80{\times}10mm(t)$의 Be tile 3개를 동일 크기에 두께가 각각 25mm와 50 mm인 FM강과 스테인레스강에 접합된 것으로, 고열부하 장비에 설치하여 고열부하 시험을 수행하였다. 냉각수의 온도 및 속도는 25 C, 0.15 kg/sec로 유지되었고, 열부하는 $0.5\;MW/m^2$로 유지하였다. 시험 조건에 대한 예비해석을 통해, 가열시의 온도 및 stress, strain 분포를 얻었고, 이를 통해, cycle to failure 값을 도출하였다. 1000 사이클의 가열 실험을 마친후 초음파를 활용한 접합 계면의 결함확인 및 파괴검사를 통한 접합 건전성을 확인하였다. 3가지 접합법 모두 일부 접합면이 이탈되었으며, 향후 보다 건전한 접합방법 개발이 진행되어야 할 것으로 보인다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.793-805
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• 2008

최근 들어 군막사 및 학교건축물의 증축 등 공사기간의 최소화가 가장 중요시 되는 건설프로젝트에 모듈러 시스템이 적용되고 있다. 기존 모듈러 시스템의 표준모듈은 ${6m\times3m}$로 모듈간 접합부에 기둥이 자주 중복되어 부재수와 벽체두께가 증가한다는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 ${12m\times3m}$ 모듈을 제안하였다. 이 모듈을 실현하기 위해 필수적인 다양한 중간기둥-보 접합상세를 제안하였으며, 실험과 해석을 통해 기둥-보 접합부의 최대하중과 파괴모드를 평가하였다. 해석 및 실험결과는 유한요소해석을 통해 비교적 정확히 접합부의 최대하중과 파괴모드를 예측할 수 있음을 보여준다. 제안된 상세 중 일부는 기둥의 설계하중을 상회하는 강도를 보유하고 있어, ${12m\times3m}$모듈의 보-중간기둥 접합상세로 사용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권4호
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• pp.61-68
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• 2023

무연솔더에 Fe 입자를 첨가하여 Cu₃Sn 금속간화합물 성장을 억제하고 취성파괴를 방지하는 연구는 보고된 바 있으나 이러한 복합솔더를 TLP(transient liquid phase) 본딩에 적용한 경우는 아직 없다. 본 연구에서는 Sn계 무연솔더 내부에 Fe 입자의 함량을 적절히 조절하여 Sn-3.5Ag-15.0Fe 복합솔더를 제작하고 TLP 본딩에 적용하여 접합부 전체를 Sn-Fe 금속간화합물로 변화시킴으로써 고온 솔더로서의 적용 가능성을 탐색하였다. 접합공정 중에 형성되는 FeSn₂ 금속간화합물은 513℃의 고융점을 가지므로 사용 중 온도가 280℃까지 상승하는 전력반도체용 파워모듈에 안정적으로 적용이 가능하다. 칩과 기판에 ENIG(electroless nickel-immersion gold) 표면처리를 적용한 결과 접합부에 Ni₃Sn₄/FeSn₂/Ni₃Sn₄의 다층 금속간화합물 구조를 형성하였으며 전단시험시 파괴경로는 Ni₃Sn₄/FeSn₂ 계면에서 균열이 진전하다가 FeSn₂ 내부로 전파되는 양상을 보였다. TLP 접합공정 2시간 이후에는 30 MPa 이상의 전단강도를 얻었고 특히 200℃ 전단시험에서도 강도 저하가 전혀 없었다. 본 연구결과는 최근 활발히 연구되고 있는 전기자동차용 파워모듈에 적용할 수 있는 소재 및 공정으로 기대할 수 있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권4호
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• pp.395-403
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• 2012

오늘날 접합시 열에 의한 재료 손상과 접착제(ACA, NCA) 이용으로 부품간의 정렬이 문제가 되고있다. 따라서, 본 논문은 FPCB 와 HPCB 금속(Au) PAD를 직접 접합하였다. 이때 박막인 재료에 손상을 입히는 열, 부품간의 정렬에 문제가 되는 접착제(ACA, NCA)를 사용하지 않고 상온에서 접합을 하였다. 접합시 초음파 혼을 이용하여 접합을 하였으며, 초음파혼은 40kHz이다. 공정 조건은 접합압력 0.60MPa, 접합시간 0.5, 1.0, 1.5, 2.0sec이다. 또한, 산업에서 요구하는 접합강도는 필강도 테스트 결과값으로 0.60Kgf 이상이며, 본 실험에서는 접합강도가 0.80MPa 이상이 나왔다. 이로서, 열에 의한 재료 손상과, 접 착제(ACA, NCA)에 의한 정렬 문제를 해결하였다. 그리고 산업산업에서 바로 적용하고 생산할 수 있는 FPCB, HPCB 시료 제작을 하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권1호
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• pp.29-35
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• 2015

최근 연구되고 있는 해상 초대형 부유 콘크리트 구조물의 제작은 현장 타설이 어렵다는 단점이 있으므로 프리캐스트 콘크리트로 제작한 모듈을 수상에서 인양 후 프리스트레스력으로 접합 및 제작하는 것을 목표로 한다. 그러나 해상 환경에서 발생하는 다양한 하중 및 예상되는 상부 구조물에 의한 하중을 고려하였을 때, 프리스트레스력으로 접합되는 콘크리트 모듈 간의 접합부의 안정적인 거동 및 성능이 요구된다. 이에 프리스트레스력이 적용되기 전 가접합에 수중용 에폭시를 이용한 접합 방법이 고려되고 있는데, 수중용 에폭시는 고점성의 재료로서 내부에 공극이 발생하기 쉽다. 이를 해결하기 위하여 마이크로 실리카를 혼입하여 공극을 감소시킨 수중용 에폭시를 이용하여 콘크리트 부유체의 접하 거동에 대한 평가가 요구된다. 그러므로 이번 연구에서는 마이크로 실리카를 혼입한 수중용 에폭시를 이용하여 가접합하고 프리스트레싱을 적용한 시험체를 제작하여 성능을 평가하였다. 마이크로 실리카를 혼입한 수중용 에폭시로 접합된 콘크리트 모듈은 프리스트레싱만을 적용한 시험체에 비하여 균열 발생 및 응력 집중 현상이 완화되었으며, 최대 하중 및 변위는 일체형 RC 시험체에 비하여 10% 미만의 감소율을 나타내어 모듈형 콘크리트 부유체의 수상 접합을 위한 안정적인 접합재료로 사용 가능할 것으로 보인다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권5호
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• pp.471-481
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• 2015

모듈러 건축은 사전에 설계 검토된 건물 요소를 공장에서 모듈로 제작하여 현장으로 운송 조립하는 프리패브 건축 시스템이다. 모듈러 건축물의 구조 형식은 공법, 재료, 부재 구성 등에 따라 다양하게 구분될 수 있지만 사용되는 모듈의 구조 형식은 크게 벽식과 가구식으로 나눌 수 있다. 벽식 모듈은 모듈의 입면을 패널을 이용하여 구성하여 수직하중과 수평하중을 전달시키는 방식이다. 가구식 모듈은 기둥과 보를 이용하여 모듈을 구성하고, 용도에 맞춰 입면을 마감하거나 개방시켜 놓는 방식이다. 이 두 가지 모듈 방식은 국내에도 사용된 바 있으나 최근 가구식 모듈이 보편화되고 있다. 가구식 모듈의 기둥 부재로 각형강관이 일반적으로 사용되고 있으며, 보 부재로 C형강 또는 H형강이 사용되고 있다. 각형강관이 기둥 부재로 사용된 가구식 모듈간 접합을 위해 각형강관 기둥 단부에 고력볼트를 채우기 위해 액세스 홀을 가공하는 경우가 있다. 액세스 홀은 볼트체결을 위해 사람의 손이나 공구가 폐쇄형 단면인 각형강관 내부에 접근하기 위한 개구부로 액세스 홀은 기둥-보 접합부의 거동에 영향을 미치는 패널존을 약화시킬 가능성이 높다. 이 연구에서는 가구식 모듈의 기둥-보 접합부 거동에 영향을 미치는 액세스 홀, 기둥 두께, 다이아프램을 변수로 5개의 실험체를 제작하여 실험을 실시하였고 그 결과를 분석하여 제시하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제28권6호
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• pp.467-476
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• 2016

모듈러 건축물에서 모듈러 유닛 사이의 접합은 연결 강판을 이용하여 볼트 접합하는 것이 일반적이다. 건축물의 강도는 가장 약한 부분에 의해 결정되며, 접합부는 부재보다 약한 부분이 될 가능성이 있다. 따라서 모듈러 건축물의 안전성을 확인하기 위해 모듈 내부 기둥-보 접합부의 구조성능뿐 아니라 모듈러 유닛과 유닛 접합부의 구조성능도 평가되어야 한다. 이 연구에서는 각형강관 기둥과 ㄷ형강보가 사용된 모듈이 일자형 접합철물과 십자형 접합철물로 연결된 접합부의 거동을 KBC2009 0722.2.4에 따라 모듈의 폭 방향과 길이 방향에 대해 층간 변위각으로 반복 가력을 제어하는 실험을 통해 조사하였다. 실험결과 모든 실험체는 0.04rad 변위각까지 비교적 안적정인 거동을 보였고, 길이 방향 실험체의 결과가 에너지 흡수능력 면에서 좋은 거동을 보였다. 그러나 일자형 연결 강판이 십자형 연결 강판에 비해 변위각이 커질수록 강성이 저하하고, 기둥의 실제 변위각이 늘어나는 결과를 보였다.