• 한국공간구조학회논문집
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• 제7권6호
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• pp.53-60
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• 2007

스페이스프레임의 볼 조인트 접합부에서는 축부에 핀의 삽입을 위한 구멍이 존재하기 때문에 응력집중으로 인한 취성파단의 우려가 있다. 따라서 접합부에서의 변형능력이나 에너지흡수능력은 낮은 편이다. 본 연구에서는 볼 조인트 접합부의 소성변형능력을 향상시키기고 현장에서 발생할 수 있는 시공오차의 흡수가 가능하도록, 볼트의 나사부나 핀부의 취성파단 없이 감소된 축부에서 소성변형능력이 기대되는 새로운 접합상세를 개발하였으며 수치해석과 실험을 통해 그 성능을 검증하고자 하였다. 수치해석과 실험을 통하여 볼트의 축부 및 핀부의 단면을 조절함으로써 기존 고력볼트보다 소성변형능력이 향상됨을 확인할 수 있었다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제7권6호
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• pp.61-68
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• 2007

대공간구조에서 접합부의 신뢰도는 매우 중요하다. 접합부에 사용되는 고력볼트의 나사부 유효단면적은 축부단면적보다 작고 볼트 축부에 락핀용 구멍이 있기 때문에 볼트 나사부 또는 락핀용 구멍에 응력집중 현상이 발생하여 취성 파단이 발생할 우려가 높다. 특히 접합부는 직렬형 구조로 이루어져 있다. 따라서 접합부에서의 극한상황시 파괴유형은 필히 취성파괴를 피해야 하며 연성파손으로 유도해야 한다. 따라서 본 연구에서는 볼 조인트 접합부의 소성변형능력을 향상시키고 현장에서 발생할 수 있는 시공오차의 흡수가 가능하도록, 볼트의 나사부나 핀부의 취성파단 없이 소성변형능력 향상을 목표로 하였다. 에너지흡수형 볼트를 사용함으로써 소성변형능력이 향상된 스페이스 프레임의 접합상세를 제안하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권5호
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• pp.601-608
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• 2008

단층 래티스 돔에 사용되는 접합부는 그 형태나 접합방법에 따라 다양한 거동 특성을 지닌다. 볼 조인트의 경우, 다루기 쉽고 현장 적용에 유리하지만, 강성과 내력이 약하기 때문에 장스팬의 확보에 있어서 불리하다. 용접 접합부는 볼 조인트에 비해 강성과 내력이 우수하고, 장스팬을 확보할 수 있지만, 용접 접합부에 관한 연구 및 실험은 드문 실정이다. 본 연구에서는 단층 래티스 돔에 적용 가능한 용접 접합부를 제안하고, 이를 기존접합부와의 비교하기 위한 실험을 수행하였다. 또한 제안된 접합부에 대해 삽입 플레이트의 길이, 두께, 여장을 변수로 하여 각각의 변수에 의한 실험체의 거동의 변화를 살펴보았다. 실험을 통한 결과를 토대로 하여 새로운 형태의 용접 접합부를 제안하고자 한다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.80-80
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• 2009

패키징 구조의 발전이 점차 중요한 문제로 대두되어, 칩의 집적 기술의 발전에 따라 실장기술에서도 고속화, 소형화, 미세피치화, 고정밀화, 고밀도화가 요구되고있다. 최근 선진국을 중심으로 전자 전기기기 및 부품의 실장기술에서도 환경 친화적인 기술을 요구함에 따라, 저에너지 공정 및 무연 실장 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 기존의 SOP(Small Out-line Package), QFP(Quad Flat Package) 등은 소형화, 다핀화, 고속화, 실장성에 한계가 있기 때문에, SMT(Surface Mount Technology) 형식으로 된 BGA(Ball Grid Array)가 휴대형 전화를 비롯한 기타 전자 부품 실장에 널리 사용되고 있다. BGA ball shear 법은 BGA 모듈의 생산 및 취급 중에 발생할지도 모르는 기판에 수평으로 작용하는 기계적인 전단력에 BGA solder ball이 견딜 수 있는 정도를 측정하기 위해 사용되는 시험법이다. 전단 시험에 의한 전단 강도의 측정 외에 전기전도도 측정, 파면 관찰, 이동거리(displacement), 유한요소 해석법 등을 병행하여 시험법의 신뢰성 향상에 대한 연구가 이루어지고 있다. 본 실험에서는 지름이 $500{\mu}m$인 Sn-3.5Ag 솔더볼을 이용하여 세라믹 기판을 접합하여 BGA 패키지를 완성하였다. 상부 기판에 솔더볼을 정렬시켜 리플로우 방법으로 접합 한 후 솔더볼이 접합된 상부 기판과 하부 기판을 접합 하여 시편을 제작하였다. 접합된 시편들은 $150^{\circ}C$에서 0~800시간 열처리를 실시하였고, 열처리를 하면서 각각 $3{\times}10^2A/cm^2,\;5{\times}10^3A/cm^2$의 전류를 인가하였다. 시편들을 전단 시험기를 이용하여 솔더볼의 기계적 특성 평가를 하였으며, 계면 반응을 관찰하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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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.