The effects of aging time on the microstructure and shear strength of the Low Temperature Co-fired Ceramic (LTCC)/Ag pad/Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG)/BGA solder joints were investigated through isothermal aging at $150^{\circ}C$ for 1000 h with conventional Sn-37Pb and Sn-3Ag-0.5Cu. $Ni_3Sn_4$ intermetallic compound (IMC) layers was formed at the interface between Sn-37Pb solder and LTCC substrate as-reflowed state, while $(Ni,Cu)_3Sn_4$ IMC layer was formed between Sn-3Ag-0.5Cu solder and LTCC substrate. Additional $(Cu,Ni)_6Sn_5$ layer was found at the interface between the $(Ni,Cu)_3Sn_4$ layer and Sn-3Ag-0.5Cu solder after aging at $150^{\circ}C$ for 500 h. Thickness of the IMC layers increased and coarsened with increasing aging time. Shear strength of both solder joints increased with increasing aging time. Failure mode of BGA solder joints with LTCC substrate after shear testing revealed that shear strength of the joints depended on the adhesion between Ag metallization and LTCC. Fracture mechanism of Sn-37Pb solder joint was a mixture of ductile and pad lift, while that of Sn-3Ag-0.5Cu solder joint was a mixture of ductile and brittle $(Ni,Cu)_3Sn_4$ IMC fracture morphology. Failure mechanisms of LTCC/Ag pad/ENIG/BGA solder joints were also interpreted by finite element analyses.
실제 사용 온도 보다 높은 $630^{\circ}C$에서 열처리 시간을 변수로 하여 최대 1000 시간 동안 등온 열처리를 통해 2.25Cr-1Mo 강의 경년열화재를 제작하고 열화에 따른 미세조직과 기계적 특성 변화에 대한 초음파 비파괴평가 법으로 표면 특성평가에 우수한 표면 SH파를 적용하였다. 열화에 따른 초음파의 감쇠와 전파시간 및 웨이블렛을 이용한 음속과 감쇠계수의 주파수 의존성평가를 수행한 결과 열화가 진행됨에 따라서 탄화물은 점차 조대화되고 경도는 감소하였다. 감쇠계수는 열화시간이 증가함에 따라서 증가하였고 전파시간 역시 열화의 초기단계에 급격히 증가했다. 초음파의 감쇠와 경도와는 좋은 상관관계를 나타내어 감쇠계수는 경년열화 평가에 중요한 파라미터임을 알 수 있었다.
Microstructural evolution and the intermetallic compound (IMC) growth kinetics in an Au stud bump were studied via isothermal aging at 120, 150, and $180^{\circ}C$ for 300hrs. The $AlAu_4$ phase was observed in an Al pad/Au stud interface, and its thickness was kept constant during the aging treatment. AuSn, $AuSn_2,\;and\;AuSn_4$ phases formed at interface between the Au stud and Sn. $AuSn_2,\;AuSn_2/AuSn_4$, and AuSn phases dominantly grew as the aging time increased at $120^{\circ}C,\;150^{\circ}C,\;and\;180^{\circ}C$, respectively, while $(Au,Cu)_6Sn_5/Cu_3Sn$ phases formed at Sn/Cu interface with a negligible growth rate. Kirkendall voids formed at $AlAu_4/Au$, Au/Au-Sn IMC, and $Cu_3Sn/Cu$ interfaces and propagated continuously as the time increased. The apparent activation energy for the overall growth of the Au-Sn IMC was estimated to be 1.04 eV.
Kim, Chung-Soek;Park, Ik-Keun;Park, Un-Su;Kim, Hyun-Mook;Kwun, Sook-In;Byeon, Jai-Won
한국공작기계학회:학술대회논문집
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한국공작기계학회 2001년도 추계학술대회(한국공작기계학회)
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pp.319-323
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2001
In significant number of energy-related facilities for like thermal power plant or petro-chemical industry, CrMo steels are widely used energy conversion industries. However, these materials undergo precipitation of carbides or intermetallic compounds into grain boundary and change of internal microstructure such as coarsening of precipitation, decrease of solute elements and impurity segregation under more severe service conditions, which results in deterioration of inherent superior material characteristics. In this study, it was verified experimentally the feasibility of the aging degradation evaluation for degraded 2.25Cr-lMo steel specimens prepared by isothermal aging heat treatment at 63$0^{\circ}C$ by high frequency longitudinal ultrasonic and surface SH wave investigating the change of attenuation coefficient analyzed by spectral analysis. Attenuation coefficient had a tendency to increase as degradation proceeded.
The effect of isothermal aging on the crystallization of $Fe_{78}B_{13}Si_9$ metallic glass has been investigated by electrical resistivity, X-ray measurements, bending test, thermal analysis and transmission electron microscpy. Amouphous $Fe_{78}B_{13}Si_9$ alloy was annealed isothermally for 5 to 1200 min. between $300^{\circ}C$ and $540^{\circ}C$. It has been found that close relation between relative resistivity and X-ray diffraction pattern showed. The crystalline peaks of ${\alpha}$-(Fe, Si) and $Fe_2B$ are detected by X-ray experiment. The crystalline phases observed by TEH show ${\alpha}$-(Fe, Si) and $Fe_2B$ with dendritic and cylindrical morphology, respectively. It has been also found that the embrittleness of aged samples rapidly increased with the crystallization and was shown before the crystallization.
The activation energy of a material is an important factor that significantly affects the lifetime and can be used to develop a degradation model. In this study, a thermal analysis was carried out to evaluate and collect quantitative data on the degradation of insulation materials like EPR and CSP used for nuclear power plant cables. The activation energy was determined from the relationship between log ${\beta}$ and 1/T based on the Flynn.Wall.Ozawa method, by a TGA test. The activation energy was also derived from the relationship between ln(t) and 1/T based on isothermal analysis, by an OIT test. The activation energy of EPR derived from thermal analysis was used to calculate the accelerated aging time corresponding to the number of years of use, employing the Arrhenius equation, and determine the elongation corresponding to the accelerated aging time.
The growth kinetics of intermetallic compound layers formed between the eutectic Sn-3.5Ag solder and the Cu and Ni/Cu pad by solid stateisothermal aging were examined. The interfacial reaction between the eutectic Sn-3.5Ag solder and the Cu and Ni/Cu pad was investigated at 70, 120, 150, $170^{\circ}C$ for various times. The intermetallic compound layer was composed of two phase: $Cu_6Sn_5$(${\varepsilon}-phase$) adjacent to the solder and $Cu_6Sn_5$(${\varepsilon}-phase$) adjacent to the copper and on solder/Ni pad the intermetallic compound layer was $Ni_3Sn_4$. Because the values of time exponent(n) have approximately 0.5, the layer growth of the intermetallic compound was mainly controlled by volume diffusion over the temperature range studied. The apparent activation energy for layer growth of total Cu-Sn($Cu_6Sn_5 + Cu_6Sn$), $Cu_6Sn_5$, $Cu_3Sn$ and $Ni_3Sn_4$ intermetallic compound were 64.82kJ/mol, 48.53kJ/mol, 89.06kJ/mol and 71.08kJ/mol, respectively.
The remaining life estimation for the aged components in power plants as well as chemical plants are very important because mechanical properties of the components are degraded with in-service exposure time in high temperatures. Since it is difficult to take specimens from the operating components to evaluate mechanical properties of components, nondestructive techniques are needed to evaluate the degradation. In this study, test materials with several different degradation levels were prepared by isothermal aging heat treatment at $630^{\circ}C$. The DC potential drop method and destructive methods such as tensile and fracture toughness were used in order to evaluate the degradation of 1Cr-1Mo-0.25V steels. In this result, we can see that tensile strength and fracture toughness can be calculated from resistivity and it is possible to evaluate material degradation using DC potential drop method, non-destructive method.
The remaining life estimation for the aged component is very important because mechanical properties of the compo-nents are degraded with time of service exposure in high temperature etc. The destructive method is widely used for the estimation of material degradation, but it has a difficulty in preparing specimens from in-service industrial facilities. In order to evaluate the feasibility of ultrasonic evaluation method for properties of high temperature materials, 2.25Cr-1Mo steel specimens which were prepared by the isothermal aging heat treatment at 63$0^{\circ}C$ were evaluated by ultra-sonic measurements investigating the change of velocities and attenuation coefficient. In this results, attenuation coefficient was found to be sensitive to material degradation mainly attributed to the change of grain size and the precipitation of impurities in grain boundaries, but velocity was not for all specimens.
Miniaturzed specimen technology permits mechanical bechanical behavior to be determined using a minimum volume of material. because it is almost impossible to sample the conventional specimen for the fracture toughness test without damage to the rotor. In addition, it is different to collect a large amount of actual turbine rotor steels. Hence seven kinds of specimen with different degradation levels were prepared by isothermal aging heat treatment at 630 .deg. C. Test material was 1Cr-1Mo-0.25V steel which was widely used for turbine rotor material. The relation between fracture toughness and DBTT was investigated The characteristics of minaturized impact speciments technique was discussed. Finally, the estimating method of fracture toughness using a single impact specimen was introduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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