The three-dimensional integrated circuit (3D-IC) is a general trend for the miniaturized and high-performance electronic devices. The through-silicon-via (TSV) is the advanced interconnection method to achieve 3D integration, which uses vertical metal via through silicon substrate. However, the TSV based 3D-IC undergoes severe thermo-mechanical stress due to the CTE (coefficient of thermal expansion) mismatch between via and silicon. The thermo-mechanical stress induces mechanical failure on silicon and silicon-via interface, which reduces the device reliability. In this paper, the thermo-mechanical reliability of TSV based 3D-IC is reviewed in terms of mechanical fracture, heat conduction, and material characteristic. Furthermore, the state of the art via-level and package-level design techniques are introduced to improve the reliability of TSV based 3D-IC.
본 연구에서는 외력과 열을 동시에 받는 판구조에 대하여 구조적 강도를 평가하기 위하여 열응력 해석 및 열기계적 실험을 수행하였다. 초음속 비행체의 날개 유사 모델인 판구조에 대한 열 및 외력 환경구현을 위하여 석영램프를 이용한 복사가열기와 하중부가 시스템을 사용하였으며, 소성을 가미한 탄소성 유한요소 해석을 병행하여 열기계적 거동을 파악하였다. 시험은 외력 유지 상태에서 일정 온도 유지환경과 10 ℃/sec의 가열률 환경하에서 이루어졌다. 해석 및 실험에 의한 결과들을 이용하여 가열환경에 따른 구조물의 거동 특성을 파악하였으며, 상온에서의 구조강도 결과와 비교 고찰하였다. 본 연구를 통하여 초음속 비행체와 같이 외력과 열 환경을 경험하는 구조물에 대한 실험 및 해석적 방법을 제시하였고, 획득된 자료들은 비행체 내열 구조 설계시 열적 강도 판단의 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.
In this paper Timoshenko beam theory is employed to investigate the vibration characteristics of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite (FG-CNTRC) Beams with a stiff core in thermal environment. The material characteristic of carbon nanotubes (CNT) are supposed to change in the thickness direction in a functionally graded form. They can also be calculated through a micromechanical model where the CNT efficiency parameter is determined by matching the elastic modulus of CNTRCs calculated from the rule of mixture with those gained from the molecular dynamics simulations. The differential transform method (DTM) which is established upon the Taylor series expansion is one of the effective mathematical techniques employed to the differential governing equations of sandwich beams. Effects of carbon nanotube volume fraction, slenderness ratio, core-to-face sheet thickness ratio, different thermal environment and various boundary conditions on the free vibration characteristics of FG-CNTRC sandwich beams are studied. It is observed that vibration response of FG-CNTRC sandwich beams is prominently influenced by these parameters.
A mixed working fluid has a potential to widen the operation temperature range of the thermosiphon. In this study, the thermosiphon using $N_2\;and\;CF_4$ mixture as the working fluid is fabricated and tested to verify its transient thermo hydraulic characteristic. A transparent pyrex glass tube was used for the thermosiphon itself and the vacuum chamber was also fabricated by glass to visualize the internal state of thermo siphon. Onset of condensation temperature was related to the partial pressure of $CF_4$. Two solidifications were observed and condensate temperature range of mixed working fluid was from 160K to 70.7K with $N_2$ 25% composition.
Creep characteristic is an important failure mechanism when evaluating engineering materials that are soft material as polymers or used as mechanical elements at high temperatures. One of the popular thermo-elastic polymers, Polycarbonate(PC) which is used broadly for engineering polymer, as it has excellent mechanical and thermal properties compared to other polymers, was studied for creep characteristic at various level of stresses and temperatures. From the experimental results, the creep limit of PC at room temperature is 85 % of tensile strength. which is higher than PE (75%)at room temperature. Also the creep limits decreased exponentially as the temperatures increased, up to 50 % of the melting point($267^{\circ}C$). Also the first and third stage among the three creep stages was non-existent nor was there any rupture failure which occurred for many metals.
Creep characteristic is an important failure mechanism when evaluating engineering materials that are soft as polymers or used as mechanical elements at high temperatures. One of the popular thermo-elastic plastics, Polyethylene(PE) which is used broadly for engineering purposes, as it has good properties and merits compared to other plastics, was studied for creep characteristic at various level of stresses and temperatures. From the experimental results, the creep limit of PE at room temperature is 75% of tensile strength. Also the creep limits decreased exponentially as the temperatures increased, up to 50% of the melting point. Also the secondary stage among the three creep stages was nonexistent nor was there any rupture failure which occurred for many metals.
Creep characteristic is an important failure mechanism when evaluating engineering materials that are soft material as polymers or used as mechanical elements at high temperatures. One of the popular thermo-elastic polymers, Polymethyl methacrylate(PMMA) which is used broadly for engineering polymer, as it has excellent mechanical and thermal properties compared to other polymers, was studied for creep characteristic at various level of stresses and temperatures. From the experimental results, the creep limit of PMMA at room temperature is 85 % of tensile strength. which is higher than that of PE (75%)at room temperature. Also the creep limits decreased to nil linearly as the temperatures increased, up to $120^{\circ}C$ of the melting point($267^{\circ}C$). Also the first and third stage among the three creep stages were non-existent nor were there any rupture failure which occurred for many metals at high temperatures.
Rubber hoses for automobile radiators are apt to degraded and thus failed due to the influence of contacting stresses of air and coolant liquid under thermal and mechanical loadings. The aging behaviors of the skin part of the hoses due to thermo-oxidative and electro-chemical stresses were experimentally analyzed. Through the thermo-oxidative aging test, it was shown that the surface hardness IRHD(International Rubber Hardness Degrees) of the rubber increased with a considerable reduction of failure strain as the aging time and temperature were large. On account of the penetration of coolant liquid into the skin part the weight of rubber specimens influenced by electro-chemical degradation (ECD) test increased, whereas their failure strain and IRHD hardness decreased. The hardness decreased further as the test site on the hose skin approached to the negative pole.
This study focused on the charateristic of magnetic fluids, the viscosity deviation of magnetic fluids due to temperature changes, and fabrication of a 'purely' liquid type microvalve. The viscosity of magnetic fluids decreases sharply during increasing of temperature. The viscosity of magnetic fluids is rated 1,000 cP at the room temperature and 25 cP when the temperature reaches $100^{\circ}C$. Briefly, it is remarkable that the fluid flow can be controlled by the temperature and this characteristic can be adopted to the microfluidics as a microvalve. The fabrication of a liquid type microvalve is more easy than solid state microvalves and which can increase an efficiency of the controlability with respect to the thermo-pneumatic micropump which is studied broadly for many years. When the magnetic fluid used as a sealant for high level sealing, the pressure leakage is less than solid state microvalve. The experimental results show that the pressure drop in microchannel, filled with the magnetic fluid, is significant in the temperature range of $20^{\circ}C{\sim}50^{\circ}C$ and this result explains why the use of magnetic fluids is possible as a microvalve searcher uses this characteristics. Well known thermo-pnumatic.
석탄 연소 시 발생하는 회가 보일러 벽면에 부착되어 일어나는 슬래깅 현상은 보일러의 열효율을 감소시키고 보일러 안정성에도 악영향을 준다. 이러한 슬래그의 유동 특성은 회의 용융 특성과 관련이 있는데 이는 회의 화학적 조성에 영향을 받는다. 본 연구에서는 회의 용융특성을 TMA(Thermo-Mechanical Analysis) 장비를 이용하여 분석하였다. 이 테스트는 회의 수축률에 따른 용융온도(T25%, T50%, T75%, T90%)를 정량적으로 측정 하는 방법이다. TMA에서 측정된 각각의 온도는 용융단계별 특성을 나타낸다. TMA로 분석된 결과 값에 XRF 장비를 이용하여 분석한 회의 성분 조성이 미치는 영향을 분석하였다. 회에 포함된 성분 중 refractory, fluxing contents가 회분의 용융온도에 미치는 영향을 확인할 수 있었다. Refractory contents 성분인 $SiO_2$, $Al_2O_3$의 함량이 많을수록 전체적인 용융온도가 올라가며 $SiO_2/Al_2O_3$가 커질수록 고온에서의 용융온도인 T75%, T90%가 낮아지는 것을 알 수 있었다. 이와 달리 fluxing contents 성분인 $Fe_2O_3$, $K_2O$, CaO의 함량이 많아질수록 전체적인 용융온도가 낮아지며 이중 $K_2O$, CaO는 초기 용융 온도인 T25%를 낮추는데 큰 역할을 하는 것으로 판단되었다. TMA 분석과 회의 조성 비교를 통하여 회의 용융 특성을 예측하고 설명할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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