Generally, component and FR-4 board are connected by solder joint. Because material properties of components and FR-4 board are different, component and FR-4 board show different coefficients of thermal expansion (CTE) and thus strains in component and board are different when they are heated. That is, the differences in CTE of component and FR-4 board cause the dissimilarity in shear strain and solder joint' failure. The first order Taylor series expansion of the limit state function incorporating with Tresca failure criterion is used in order to estimate the failure probability of solder joints under heated condition. Using shear stresses and shear strains appeared on the solder joint, we estimate the failure probability of solder joints with the Tresca failure criterion. The effects of random variables such as CTE, distance of the solder joint from the neutral point(DNP), temperature variation and height of solder on the failure probability of the solder joint are systematically studied by using the failure probability model with first order reliability method(FORM).
Mechanical energy is accumulated in the object when stress is exerted on rock specimens, and the failure is occurred when the stress is larger than critical stress. The accumulated energy is emitted as various forms including physical deformation, light, heat and sound. Uniaxial compression strength test and point load strength test were carried out in low temperature environment, and thermal variation of rock specimens were observed and analyzed quantitatively using thermal infrared camera images. Temperature of failure plane was increased just before the failure because of concentration of stress, and was rapidly increased at the moment of the failure because of the emission of thermal energy. The variations of temperature were larger in diorite and basalt specimens which were strong and fresh than in tuff specimens which were weak and weathered. This study can be applied to prevent disasters in rock slope, tunnel and mine in cold regions and to analyze satellite image for predicting earthquake in cold regions.
TSV technology raises several reliability concerns particularly caused by thermally induced stress. In traditional package, the thermo-mechanical failure mostly occurs as a result of the damage in the solder joint. In TSV technology, however, the driving failure may be TSV interconnects. In this study, the thermomechanical reliability of TSV technology is investigated using finite element method. Thermal stress and thermal fatigue phenomenon caused by repetitive temperature cycling are analyzed, and possible failure locations are discussed. In particular, the effects of via size, via pitch and bonding pad on thermo-mechanical reliability are investigated. The plastic strain generally increases with via size increases. Therefore, expected thermal fatigue life also increase as the via size decreases. However, the small via shows the higher von Mises stress. This means that smaller vias are not always safe despite their longer life expectancy. Therefore careful design consideration of via size and pitch is required for reliability improvement. Also the bonding pad design is important for enhancing the reliability of TSV structure.
Kim, Jung-Woo;Yoon, Dong-Chul;Lee, Hee-Soo;Jeon, Min-Seok;Song, Jun-Kwang
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.21
no.5
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pp.434-439
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2008
Silver pastes as the outer electrodes have been prepared using Pb-free glass frits with different content of $Bi_2O_3$ and the effects of glass composition on the degradation behaviors of the Ag electrodes were investigated using the change of adhesion between Ag electrode and alumina substrate with thermal cycle stress. Low adhesion and high surface resistance were observed in Ag electrode using glass frit with a $Bi_2O_3$ content of 60 wt%, owing to the open microstructure formed at the firing temperature of $600^{\circ}C$. When the $Bi_2O_3$ was increased to 80 wt% in the glass frit, the Ag electrodes had a dense microstructure with high adhesion and a low surface resistance. Delamination of the Ag electrodes was a major failure mode under thermal cycle stress and this was attributed to residual stress due to the thermal expansion mismatch between the Ag electrode and the alumina substrate.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.34
no.5
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pp.327-332
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2021
Lithium-ion batteries (LIBs) have become a main energy storage device in various applications, such as portable appliances, renewable energy facilities, and electric vehicles. However, the poor thermal stability of LIBs may cause explosion or fire. The thermal runaway is the result of a failure of the separator inside LIB. Damages like tearing, piercing, and collapsing of the separator were simulated in a mechanical, an electrical, and a thermal way, and small discharge pulses of a few mV were detected at the time of separator damages. From the experimental results, this paper provided a method that can identify the separator failure before thermal runaway in the aspect of a potential explosion and fire prevention measures.
Kim, Hyoung-Woo;Seo, Kil-Soo;Kim, Sang-Cheol;Kang, In-Ho;Kim, Nam-Kyun;Kim, Ein-Dong
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2005.07a
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pp.129-130
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2005
The electrical stress has a major effect on the long-term reliability of the thyristor. Therefore, it is needed to analyze the relationship between reliability and stress. In this paper, we investigate the device failure mechanism which induced by the stress. And also investigate the effect of the thermal stress on the device failure and relationship between electrical and thermal stress. Two-dimensional process simulator ATHENA and device simulator ATLAS are used to analyze the failure mechanism of the device.
A numerical model for the thermal response analysis of concrete structures is suggested. The model includes the stress-strain relationship, constitutive relationship, and multiaxial failure criteria at elevated temperature conditions. Modified Saenz's model was used to describe the stress-strain relationship at high temperatures. Concrete subjected to elevated temperatures undergoes rapid strain increase and dimensional instability. In order to explain those changes in mechanical properties, a constitutive model of concrete subjected to elevated temperature is proposed. The model consists of four strain components; free thermal creep strain, stress-induced (mechanical) strain, thermal creep strain, and transient strain due to moisture effects. The failure model employs modified Drucker-Prager model in order to describe the temperature dependent multiaxial failure criteria. Some numerical analyses are performed and compared with the experimental results to verify the proposed model. According to the comparison, the suggested material model gives reliable analytical results.
PURPOSE. The aim of this study was to evaluate effect of different surface treatment methods on the bond strength between aged composite-resin core and luting agent. MATERIALS AND METHODS. Seventy-five resin composites and also seventy-five zirconia ceramic discs were prepared. 60 composite samples were exposed to thermal aging (10,000 cycles, 5 to $55^{\circ}C$) and different surface treatment. All specimens were separated into 5 groups (n=15): 1) Intact specimens 2) Thermal aging-air polishing 3) Thermal aging- Er:YAG laser irradiation 4) Thermal aging- acid etching 5) Thermal-aging. All specimens were bonded to the zirconia discs with resin cement and fixed to universal testing machine and bond strength testing loaded to failure with a crosshead speed of 0.5 mm/min. The fractured surface was classified as adhesive failure, cohesive failure and adhesive-cohesive failure. The bond strength data was statistically compared by the Kruskal-Wallis method complemented by the Bonferroni correction Mann-Whitney U test. The probability level for statistical significance was set at ${\alpha}$=.05. RESULTS. Thermal aging and different surface treatment methods have significant effect on the bond strength between composite-resin cores and luting-agent (P<.05). The mean baseline bond strength values ranged between $7.07{\pm}2.11$ and $26.05{\pm}6.53$ N. The highest bond strength of $26.05{\pm}6.53$ N was obtained with Group 3. Group 5 showed the lowest value of bond strength. CONCLUSION. Appropriate surface treatment method should be applied to aged composite resin cores or aged-composites restorations should be replaced for the optimal bond strength and the clinical success.
This research conducted an the failure analysis was performed based on the failure and operation data for Seven years using the Reliability, Availability, Maintainability, and Safety(RAMS) constructed at the operation stage after the opening of the D urban railway. therefore, the risk priority was selected for failure frequency component within the door system that showed high failure. Finally, the goal was to suggest ways to improve the door system. For this purpose, the analysis of thermal characteristics of failed components such as Door Control Unit(DCU) in the door system based on the Seven-year failure analysis data of RAMS was performed. These results were applied to the main component exchange cycle of the door unit, the mean time between failure(MTBF) and mean kilometer between failure(MKBF) values of RAMS increased by 26% in 2017-2018 when the improvement measures were taken, and the MTBF value of DCU was 300,000 hours, which was a 57% improvement in reliability. The results of this thesis identify potential enhancements in reliability and improvements in maintenance of the door system that, if implemented, would contribute to train safety and reduce instances of failure in the future.
The failure mechanism of a deep hard rock tunnel under high geostress and high geothermalactivity is extremely complex. Uniaxial compression tests of granite at different temperatures were conducted. The complete stress-strain curves, mechanical parameters and macroscopic failure types of the rock were analyzed in detail. The brittleness index, which represents the possibility of a severe brittleness hazard, is proposed in this paperby comparing the peak stress and the expansion stress. The results show that the temperature range from 20 to $60^{\circ}C$ is able to aggravate the brittle failure of hard rock based on the brittleness index. The closure of internal micro cracks by thermal stress can improve the strength of hard rock and the storage capacity of elastic strain energy. The failure mode ofthe samples changes from shear failure to tensile failure as the temperature increases. In conclusion, the brittle failure mechanism of hard rock under the action of thermal coupling is revealed, and the analysis result offers significant guidance for deep buried tunnels at high temperatures and under high geostress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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