초등학교 5학년 수학교과 행복교육 프로그램이 수업행복감에 미치는 영향

김승수 경인교육대학교 교육전문대학원 2016 국내석사

여러 연구들에서 우리나라 학생들의 학업성취도는 최상위 수준이지만 정의적 특성이나 주관적 행복지수는 매우 낮은 것으로 확인되고 있다. 이에 대해 교육계에서는 기존의 ‘자유와 자율’, ‘책임과 의무’, ‘경쟁’으로 대표되는 신자유주의 논리로 학교교육을 진행시켜 온 것에 관한 반성과 함께 ‘꿈과 끼를 키우는 행복교육’을 제안하였다. 이는 국가 전반적 차원의 행복뿐만 아니라 학교교육에서도 학생 개개인의 행복을 추구하기 위해 변화하고 있음을 보여주는 것이며, 한편으로 교사가 행복교육을 실현할 수 있는 주체가 되어야 함을 의미한다. 이에 Seligman et al.(2009)이 제시하고 김미숙, 김종민 외(2013)가 정리한 행복교육의 세 단계, ‘행복을 교육’, ‘행복한 교육’, ‘행복한 생활’ 중 교사가 실현할 수 있는 행복교육의 방법으로 ‘행복한 교육’을 선정하여 연구하였다. 이는 행복 자체를 가르치는 ‘행복을 교육’하는 단계나, 행복교육의 방향으로서 ‘행복한 생활’에 관한 연구보다는, 교사가 직접 학생들이 교과 내용을 배우는 과정 속에서 행복감을 느끼게 하거나 행복 교육을 위해 교육 내용과 수업 방법상의 변화를 실현할 수 있는 ‘행복한 교육’이 필요하기 때문이다. 본 연구에서는 ‘행복한 교육’을 실현하기 위해 초등학교 5학년 수학교과에서 행복교육 프로그램을 실시하고, 이것이 학생들의 수업행복감에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 구체적인 연구문제는 다음과 같다. 첫째, 수학교과에서의 행복교육 프로그램을 어떻게 설계할 것인가? 둘째, 수학교과에서의 행복교육 프로그램을 적용한 실험집단과 적용하지 않은 비교집단간의 수업행복감의 차이는 있는가? 연구 문제를 해결하기 위하여 사전‧사후 실험설계를 통한 실험연구를 수행하였다. 연구 대상은 경기도 김포시 소재 G초등학교 5학년 세 개 학급으로 실험집단 한 개 학급, 비교집단은 두 개 학급이다. 실험집단 학생은 24명, 비교집단 학생은 45명으로 총 69명이다. 실험집단에는 5학년 2학기 수학 교과에서 행복교육 프로그램으로 수업을 실시했고, 비교집단은 기존과 동일한 방식대로 수업을 실시하였다. 실험은 2015년 10월부터 12월까지 약 11주 동안 진행되었다. 수학교과에서의 행복교육 프로그램은 긍정교육의 제안자인 Seligman이 제시한 PERMA 요소를 바탕으로 설계하고자 했고, 이를 적용할 프로그램 모형으로 행복을 교육하기 위한 10단계의 절차를 제시하고, 각 절차의 활동 내용에 Seligman의 PERMA 요소를 잘 드러낸 MacConville의 ‘초등학생을 위한 10단계 행복수업 절차’를 선정하였다. 이 모형을 바탕으로 Seligman의 PERMA 요소, 그리고 전영주(2014)의 선행연구에서 제시한 행복교육을 위한 수학교과교육의 네 가지 방향을 적용하여 프로그램 설계 원칙을 마련하고, 여기에 교육과정 분석을 통해 수학교과와 관련된 학습내용을 선정하였다. 연구를 적용한 단원은 5학년 2학기 ‘3. 분수의 나눗셈’ 과 ‘6. 자료의 표현’ 이며, 각각 10차시로 총 20차시의 프로그램을 설계하였다. 자료분석은 중다회귀 분석을 실시하였고, 그 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 초등학교 5학년 2학기 수학교과에서 20차시의 행복교육 프로그램을 설계하였다. 둘째, 수학교과 행복교육 프로그램을 적용한 실험집단과 적용하지 않은 비교집단간 수업행복감에서 통계적으로 유의미한 평균의 차이가 있었다. 핵심어 : 행복교육 프로그램, 수업행복감, 수학, 초등학생 Previous studies showed that academic achievement for Korean students ranks at the highest level, but their affective characteristic and subjective happiness index rank at the lowest. The education for happiness program has been suggested by the Education Department, which means that both students are teachers are aware of the importance of being happy. `Embedding it' is selected to implement the program at school, among three steps of the education for happiness suggested by Seligman et al. The purpose of this study is to examine the effects of the education for happiness program in mathematics to enhance class happiness in fifth grade elementary students. The research questions are as follows. First, how can the education for happiness programs in mathematics be designed? Second, is there any significant difference on the feeling of class happiness between the experimental group which applies for the education for happiness in mathematics and the control group which doesn’t? The study was implemented through its pretest-posttest design. The subjects consisted of 69 students in three classes who were fifth-grade from G elementary school in Gimpo, Gyeonggi-do; 24 students were selected as the experimental group, and 45 students as the control group. In the fall semester of fifth-grade math classes, the education for happiness program was implemented in the experimental group, but the normal class with the previous method was taught to the control group, during eleven weeks from October, 2015 to December, 2015. The education for happiness program was designed based on Seligman’s PERMA(Positive emotion, Engagement, Relationship, Meaning, and Accomplishment) factors and suggested a ten-step for applying for his model, which used MacConville’s ‘A Ten-Step Curriculum for Creating Positive Classrooms.’ Based on the model, Seligman’s PERMA factors and Jeon, Young Ju’s four ways of teaching mathematics for happiness education provided a background for the program design and the contents to learn in relation to mathematics course were selected through the curriculum analysis. The units for the study were ‘3. Division of Fractions’ and ‘6. Data Representation’, and 10 lessons for each unit were designed, so that total 20 lessons were designed. The results of the study were analysed with multiple regression analysis and the conclusion of this survey was the following. First, The happiness educational programs for the total 20 lessons were designed in the fall semester of fifth-grade elementary students. Second, there were meaningful changes on positive emotion, engagement, meaning, relationship with friends, relationship with teachers among the feeling of class using education for happiness programs in mathematics. key word: education for happiness programs, feeling of happiness, mathematics, elementary student

Chip on Film (COF) 패키징을 위한 열초음파를 이용한 Anisotropic Conductive Film (ACF) 접합에 대한 특성 연구

정진식 중앙대학교 대학원 2012 국내석사

COF는 초소형제품의 고성능화 추세에 따라 LCD산업에서 급속도로 발전되어 왔다. 본 연구에서는 ACF를 이용한 새로운 열초음파 COF접합 프로세스에 대해 소개하고자 한다. 실험에 사용된 시편으로 16개의 원통형 Cu범프(Ø100µm)를 갖는 Si칩과 두께 70µm의 PI 필름으로 구성된 플렉서블 기판이 사용되었다. 접합조건으로 접합온도와 초음파 시간은 각각 140°C에서 180°C로, 0.5초에서 1초로 설정되었다. 또한, 접합특성을 비교하기 위해서 열압착 접합은 180°C의 접합온도와 8초의 접합시간으로 시행되었다. ACF를 이용한 열초음파 COF 접합의 적용 가능성을 검증하기 위하여 COF 접합부에 대한 전단강도 및 전기저항이 측정되었다. 또한, FE-SEM에 의해 ACF 접합부의 단면관찰과 파단 표면 분석이 수행되었다. 그 결과, 접합온도와 초음파 인가 시간이 증가할수록 COF 접합부의 기계적, 전기적 특성은 향상되었다. 또한, 초음파 진동 에너지는 열초음파 COF 접합부의 기계적, 전기적 특성을 향상시키는데 상당한 영향을 미쳤다. Chip-on-film (COF) has been rapidly developed for a liquid crystal display (LCD), due to its high yield capability in fine pitch products. In this study, a new thermosonic (TS) COF bonding process using ACF and ultrasonic vibration will be introduced. Si chip with 16 cylindrical Cu bumps (φ100 µm) and polyimide (PI) film substrate with thickness of 70 µm were prepared. For the bonding condition, the bonding temperature and ultrasonic dwell time were varied from 140 to 180°C and from 0.5s to 1s, respectively. Also, the thermocompression (TC) bonding was conducted with the bonding temperature of 180°C and bonding time of 8 s to compare with bonding characteristics of TS bonding. The shear strength and electrical resistance of COF assemblies were measured to verify the feasibility of TS COF bonding using ACF. The cross-sectional inspection and fracture surface analysis of ACF joint were also conducted by FE-SEM. As a result, the mechanical and electrical properties of the COF assembly were improved with increasing the bonding temperature and ultrasonic dwell time. It was also found that ultrasonic vibration energy has influenced significantly to improve the mechanical and electrical properties of TS COF assembly.

탄소 나노튜브 함유 Solderable 도전성 접착제의 접합 특성에 관한 연구

임병승 중앙대학교 대학원 2013 국내박사

In this study, a novel CNT-filled solderable electrically conductive adhesive (ECA) system employing multi-walled carbon nanotube (MWNT) as a reinforcement material is proposed to enhance the interconnection properties of solderable ECA, and the enhancement effects and tendency analysis for the interconnection properties according to the application of MWNT are conducted. In chapter 3, prior to the synthesis of CNT-filled solderable ECA, functionalized polymer matrix with reduction capability was formulated. The thermo-rheological characteristics of formulated polymer matrix and LMPA were investigated using differential scanning calorimetry (DSC), and compatibility between the formulated polymer matrix, LMPA and electrode material was measured through the solder ball and solder powder wetting test. In the results of DSC analysis, the excessive curing of formulated polymer matrix did not occur around the melting point of LMPA filler. Also, in the two types of compatibility test results, the excellent coalescence and wetting properties of molten filler could be achieved through the removal of the surface oxide layer on LMPA and electrode by the reduction capability of formulated polymer matrix. In chapter 4, the CNT-filled solderable ECA with difference MWNT content (0, 0.03, 0.1, 0.5, 1 and 2 wt.%) were formulated using formulated polymer matrix in chapter 3. To achieve the excellent dispersion condition of MWNT in the polymer matrix, a-MWNT was fabricated through the functionalization by the acid treatment. To confirm the enhancement effects and tendency for the interconnection properties according to the application of a-MWNT, dispersion condition and fracture mode analysis for the fractured surface of cured polymer matrix were conducted. Also, the interconnection properties such as conduction path formation, mechanical and electrical properties according to the different a-MWNT content were evaluated through the hybrid interconnection process using CNT-filled solderable ECA and quad flat packages (QFPs). In the fractured surface analysis results, a-MWNTs showed uniform dispersion at low a-MWNT content less than 0.1 wt.%. However, partially aggregated a-MWNTs were increased according to the increase of a-MWNT content more than 0.5 wt.% caused by large interfacial area, increase of interaction between a-MWNT and polymer chain and increased viscosity of polymer. In the hybrid interconnection test results, at low a-MWNT content, the electrical and mechanical bonding properties of assemblies using CNT-filled ECA were improved compared to those of joints using ECA without a-MWNT. However, the each property were decreased according to the increasing of a-MWNT content more than certain amount due to the weak conduction path formation caused by the increased viscosity and decreased mobility of molten LMPA and polymer matrix. In chapter 5, the reliability of CNT-filled solderable ECA was examined through the thermal shock and the high temperature and high humidity test for the CNT-filled solderable ECA assemblies in chapter 4. The electrical resistance of the CNT-filled solderable ECA assemblies with metallurgical interconnection was much more stable than those with conventional ICAs. Before the reliability tests, a scallop-type Cu6Sn5 intermetallic compound (IMC) layer was formed on the Sn-plated Cu lead/LMPA and LMPA/Cu metallization interface. After the reliability tests, the thickness of IMC layer increased with time, and Cu6Sn5 and Cu3Sn were formed. In addition, the fracture surface exhibited quasi cleavage fracture mode with the fracture propagating along the Cu-Sn IMC/LMPA interface. Through these results, it confirmed that the CNT-filled solderable ECA can be achieved with the stable electrical and mechanical bonding properties due to the metallurgical interconnection of LMPA and the enhancement effects of a-MWNT. Also, a-MWNT acted as a reinforcement material in the joint of electric device and the optimal a-MWNT content to enhance the bonding properties of solderable ECA were existed. 본 연구에서는 solderable 도전성 접착제 (Electrically conductive adhesive: ECA)의 접합 특성을 향상시키기 위하여, 다중벽 탄소 나노튜브 (Multi-walled carbon nanotube: MWNT)가 보강소재로 도입된 새로운 CNT-filled solderable ECA 시스템을 제안하고, MWNT의 적용에 따른 접합 특성의 향상 효과 및 경향 분석을 수행하였다. 제 3장에서는 CNT-filled solderable ECA의 합성에 앞서, CNT-filled solderable ECA를 구성하는 환원 능력으로 기능화된 고분자 매트릭스를 합성하였다. DSC를 사용하여 합성된 고분자 매트릭스 및 LMPA의 열유변적 특성을 조사하였으며, 솔더볼 및 솔더 파우더 젖음 실험을 통하여 합성된 고분자 매트릭스, LMPA 그리고 전극 단자 재료 간의 적합성을 평가하였다. DSC 분석 결과에서 LMPA의 융점 부근에서 합성된 고분자 매트릭스의 과도한 경화는 나타나지 않았으며, 적합성 테스트 결과에서 합성된 고분자 매트릭스의 환원 특성에 의한 LMPA 필러와 전극 단자 표면의 산화막 제거를 통하여 용융 LMPA는 뛰어난 융합 및 젖음 특성을 확보할 수 있었다. 제 4장에서는 3장에서 합성된 고분자 매트릭스를 이용하여 서로 다른 MWNT 함량 (0, 0.03, 0.1, 0.5, 1, 2 wt.%)을 갖는 ECA를 합성하였다. 고분자 매트릭스 내에서의 MWNT의 양호한 분산을 얻기 위해 산처리에 의한 표면기능화를 수행하여 a-MWNT를 제작하였다. a-MWNT의 적용에 따른 접합 특성의 향상 효과와 경향을 확인하기 위하여 경화된 고분자 매트릭스의 파단면에 대한 분산 상태 및 파단모드 분석을 수행하였다. 또한, CNT-filled solderable ECA와 QFP를 사용한 융합 접속 테스트를 통해 a-MWNT의 함량에 따른 도전 경로 형성, 기계적 접합 강도, 전기저항 등의 접합 특성을 평가하였다. 파단면 분석 결과에서 a-MWNT는 0.1 wt.% 이하의 낮은 a-MWNT 함량에서 균일한 분산을 나타내었으나, 0.5 wt.% 이상의 함량 조건에서는 큰 계면 면적, a-MWNT와 고분자 체인 간의 상호작용 그리고 고분자의 점도 증가 등의 원인에 의해 부분적으로 응집된 a-MWNT가 증가하였다. 융합 접속 테스트 결과에서 CNT-filled ECA에 의한 접합 시편의 전기적, 기계적 접합 특성은 낮은 함량의 a-MWNT 조건에서는 a-MWNT를 포함하지 않는 ECA과 비교하여 향상된 결과를 나타내었다. 그러나 a-MWNT가 일정 함량 이상으로 증가함에 따른 점도의 증가 및 용융 LMPA와 고분자 매트릭스의 유동성 감소에 기인한 취약한 도전 경로 형성으로 인하여 각각의 접합 특성은 감소하였다. 제 5장에서는 4장에서 접합 특성 평가가 완료된 접합 시편에 대한 열 충격 및 고온-고습 테스트를 통하여 CNT-filled solderable ECA의 신뢰성을 평가하였다. 금속학적 접합을 형성한 CNT-filled solderable ECA 접합 시편은 상용 ICA와 비교하여 매우 안정한 전기저항을 나타내었다. 신뢰성 테스트 전, Sn으로 도금된 Cu 리드/LMPA와 LMPA/Cu 전극 단자 간의 계면 상에 scallop 형태의 Cu6Sn5 금속간 화합물 (Intermetallic compound: IMC)이 형성되었다. 신뢰성 테스트 후, IMC의 두께는 시간에 따라 증가하였으며, Cu6Sn5와 Cu3Sn가 형성되었다. 파단은 Cu-Sn IMC/LMPA 계면을 따라 전파되었으며, 의벽개 파단모드를 나타내었다. 이와 같은 일련의 결과들을 통해 CNT-filled solderable ECA는 LMPA의 금속학적 결합 및 a-MWNT의 보강 효과로 인해 안정한 전기적, 기계적 접합 특성을 확보할 수 있음을 확인하였다. 또한, a-MWNT는 전자 디바이스의 접합부에서 보강소재로 작용하며, solderable ECA의 접합 특성을 향상시키기 위한 최적의 a-MWNT 함량이 존재한다.

Solderable 도전성 접착제를 이용한 3차원 실장에 관한 연구

이정일 중앙대학교 대학원 2014 국내석사

본 논문에서는 3 차원 패키지 공정 방식에서의 실장 프로세스의 복잡성, 비아 홀에 대한 오랜 충진 시간 및 높은 공정비용 등의 문제점들을 개선하기 위하여 저융점 합금을 포함하는 solderable 도전성 접착제를 적용한 새로운 개념의 3 차원 실장 방식을 제시하고 이에 대한 실현 가능성을 평가하였다. Soderable 도전성 접착제를 이용한 3 차원 실장에 위해, 환원 능력을 갖는 고분자 매트릭스를 합성하였다. 또한, 관통 홀 충진 공정에 적용할 온도 프로파일의 설계를 위하여 시차주사열량 분석 (DSC) 및 고분자 매트릭스-LMPA 거동 관찰 평가를 수행하였다. 3 차원 관통 홀 충진 테스트를 위하여, 10.3 × 10.3 × 1.0 mm3 크기를 갖는 관통 홀이 형성된 FR-4 테스트 기판을 제작하였다. 그리고, 관통 홀은 500 μm의 직경과 950 μm 피치로 100개가 정렬되어있으며, 관통 홀의 내벽과 외부 전극은 Cu로 도금되어있다. 최적의 관통 홀 충진 조건 확보를 위해 고분자 매트릭스 내부에 포함된 LMPA의 함량과 상압 및 감압과 같은 환경 조건을 변수로 설정하여 단층 관통 홀 충진 테스트를 수행하였다. 또한, 단층 관통 홀 테스트에서 확인된 최적의 LMPA 함량으로 합성된 ECA를 사용하여 상압 및 감압 조건 하에서 다층 관통 홀 테스트를 수행하였다. 관통 홀 충진 테스트 결과에서, 상압 조건 하에서 LMPA에 의해 충진된 관통 홀의 내부에는 기공을 포함하는 많은 양의 고분자 매트릭스가 존재하였다. 이에 반하여, 감압 환경에서 LMPA에 의해 충진된 관통 홀의 경우에서는 관통 홀 내부에 갇힌 고분자 매트릭스의 양이 감소하였으며, 갇힌 고분자 매트릭스 내부의 기공이 완전히 제거되었다. 또한, 적층된 테스트 기판 간의 대향하는 전극 단자는 용융 LMPA의 선택적 젖음 거동에 의해 전기적으로 연결되었으며, 도전 경로 사이의 공간은 경화된 고분자 매트릭스로 채워졌다. 본 논문에서는 비록 관통 홀 내부에 대한 고분자 매트릭스의 완전한 제거가 이루어 지지는 못하였으나, 다층 관통 홀 충진 공정에 대한 solderable ECA의 적용 가능성을 확인하였다. In this paper, a novel three-dimensional (3D) via-filling process using solderable electrically conductive adhesive (ECA) with low-melting-point-alloy (LMPA) filler was developed to overcome the several limitations of conventional via filling processes for the 3D package, such as long via-filling time, complex process and high product cost. For the 3D via-filling process using solderable ECA, the functionalized polymer matrix with reduction capability was synthesized. Also, the differential scanning calorimetry (DSC) analysis and polymer matrix-LMPA behavior measurement were conducted to determine the temperature profile for the via- filling process. The dimensions of the test FR-4 board were 10.3 × 10.3 × 1.0 mm3 with 100 via holes. The via hole was 500 μm in diameter with a 950μm hole pitch. The via hole was plated with Cu layer. To determine the optimal via-filling process, the single-layer via-filling test using solderable ECA with different process-related parameters such as volume fraction of LMPA and environmental condition was conducted. Based on the determined optimal conditions for the via-filling process, the multi-layer via-filling test was conducted. From the result of the via-filling test, a large amount of polymer matrix with void were observed in the via hole filled with LMPA under atmospheric pressure condition. On the contrary, the amount of entrapped polymer matrix observed in the via hole was decreased and the voids in the entrapped polymer matrix were completely removed under decompression condition, Also, the corresponding electrode between the stacked test boards was electrically connected due to the selective wetting behavior of molten LMPA. In addition, the space between conduction paths was filled with cured polymer matrix. As a result, although the complete removal of the polymer matrix in the via hole had not been obtained, the 3D via-filling process using solderable ECA with LMPA filler can be effectively applied to reduce via-filling time and process complexity.

미세 버블의 안정성 및 물리적 특성에 관한 연구

송호진 중앙대학교 대학원 2014 국내석사

본 연구에서는 자체 제작한 미세 버블 생성장치를 이용하여 산소 및 수소미세 버블 혼합용액을 생성하고 미세 버블의 수명과 관련된 장기적 안정성과 끓는 점 및 어는 점, 열전도도, 표면장력, 밀도와 같은 물리적인 특성에 대한 연구를 수행하였다. 연구의 신뢰도를 높이기 위해 동일한 조건에서 생성한 세 종류의 시료를 이용하여 연구를 진행하였으며, NTA 기법을 통해 미세 버블 혼합용액 내 미세 버블의 직경과 개체수를 측정하였으며, 용존 산소 농도 계측기를 이용하여 용존 산소 농도를 측정하였다. 시간의 경과에 따른 입도 분석 결과로부터, 미세 버블은 개체수와 직경이 안정적으로 나타남을 알 수 있었으며, 3개월 이상 안정적으로 혼합용액 내에 존재함을 확인하였다. 이러한 결과는 초기의 높은 용존 산소 농도와 미세 버블의 표면을 구성하는 강한 수소결합, 미세 버블 군집에 의한 ‘shielding effect’ 등에서 비롯된 것으로 판단된다. 물리적 특성에 관한 연구의 경우, 끓는 점 및 어는 점은 증류수와 비교하여 각각 0.7~2.0 ℃, 0.1 ℃씩 상승하는 결과를 나타내었다. 이는 미세 버블의 표면을 구성하는 강한 수소결합이 그 원인으로 판단된다. 열확산 계수는 미세 버블의 크기와 혼합용액의 낮은 부피율로 인해 증류수와 동일한 결과를 나타내는 것으로 판단된다. 또한 표면장력과 밀도의 경우, 미세 버블의 낮은 부피율로 인해 증류수와 동일한 결과를 나타내었다. 이러한 결과들로부터 미세 버블은 장기적 안정성을 가진 재료로써, 연료 분야 및 열 전달 유체, 세정제, 동•식물 성장 촉진 등의 다양한 분야에 적용가능 할 것으로 기대된다. In this study, a novel micro- and nano- bubble (MNB) solution using the MNB generator with gas dispersion system will be introduced. The long-term stability related to the lifespan of the MNB and the physicochemical properties of the MNB solutions such as the boiling and freezing point, thermal conductivity, surface tension, and density were examined. For the particle analysis of the concentration and the diameter of the MNB in each solution, NTA method and measured dissolved oxygen(DO) concentration using DO meter were conducted. From the result of the particle analysis, MNB showed a long-term stability more than 3 months and the concentration and the diameter of MNB with times were stably maintained. This is because of the initial high DO concentration, hard hydrogen bond around the MNB surface in solution and shielding effect by the cluster of MNB. The boiling and the freezing point of the MNB solution were 0.7~2.0℃ and 0.1℃ higher than those of the distilled water, respectively. It is thought that the boiling and the freezing point of the MNB solution was increased due to the hard hydrogen bond around the MNB surface in solution. In addition, the thermal diffusivity, surface tension and density of the MNB solution equal to those of distilled water. It is because of the low volume fraction and the large size of the MNB in MNB solution. It is thought that much higher volume fraction of the MNB in solution can be affected on these physicochemical properties. As a result, we can find that the MNB in solution has a long-term stability and it can be applied as a various application, such as thermal transfer fluid, fuel field, detergent, and acceleration growth of organism.

BGA 접합부의 접합 특성 향상을 위한 Underfill의 물적 특성에 관한 연구

이병훈 중앙대학교 대학원 2015 국내석사

본 논문에서는 BGA (Ball grid array) 패키지의 접합 특성 및 신뢰성에 주요한 영향을 미치는 underfill 재료의 물성 인자를 선정하기 위해 각기 다른 특성을 갖는 세 종류의 underfill 재료를 합성하였으며, 선정된 각각의 물성에 관한 평가를 수행하여 BGA 패키지 접합부의 접합 특성 및 신뢰성에 주요한 영향을 미치는 underfill의 물성을 도출하였다. 선정된 underfill의 물성 인자인 강도, 저장탄성계수 (E′), 접착력, 유리전이온도 (Tg)를 평가하기 위해, 동적기계분석 (DMA), 인장강도 평가, 접착력 평가, 전단강도 평가, 3 점 굽힘 시험을 수행하였다. 실험 결과, Underfill 1은 낮은 기계적 강도 및 E′를 나타내었으며, 낮은 Tg로 인해 BGA 패키지의 작동 온도 영역에서 접착력의 감소를 나타내어 기계적 신뢰성 확보가 어려움을 확인하였다. Underfill 2는 높은 기계적 강도 및 인성을 확보하였으며, 이에 따른 높은 파단 저항으로 인해 높은 접착강도를 나타내었다. 뿐만 아니라, 상대적으로 높은 Tg로 인해 상온 및 모바일 디바이스의 작동 온도 이상의 영역에서 높은 접착력을 유지하였다. 이와 같은 Underfill 2의 높은 기계적 강도 및 인성, 접착력 그리고 높은 Tg로 인한 고온 안정성으로 인해 Underfill 2가 적용된 BGA 접합 시편은 높은 굽힘 피로 수명을 나타내었다. 이에 반해, Underfill 3은 높은 E′와 인장강도, Tg 영역에서의 높은 접착력을 확보하였으나, 인장강도 평가에서 나타난 취성 파괴거동 및 낮은 인성으로 인해 취약한 접착력 및 굽힘 피로 수명을 나타내었다. 이러한 결과를 바탕으로, BGA 패키지의 우수한 접합 특성 및 신뢰성을 확보하기 위해서는 underfill 재료의 Tg가 확보되어야 한다는 사실을 확인하였다. 뿐만 아니라, underfill 재료가 갖는 지나치게 높은 강도보다 인성이 BGA 패키지의 접합 특성 및 신뢰성에 주요한 영향을 미친다는 사실을 확인하였다. In this paper, the effect of underfill properties on bonding characteristics of underfilled BGA packaging was investigate. Three kinds of underfill materials with different additive content were formulated. Dynamic mechanical analysis (DMA), tensile test and shear test were conducted to examine the material properties of underfill resin such as the storage modulus (E′), glass transition temperature (Tg), mechanical and adhesion strength. In addition, the three-point bending test was conducted for underfilled BGA assemblies to investigate the mechanical reliability of BGA interconnects. The result show that the underfill material with lowest Tg (Underfill 1) showed weak mechanical and adhesion strength due to its intrinsic weak physical property. Also, when the underfill resins have a similar Tg value, the underfill with high modulus of toughness (Underfill 2) exhibited more excellent mechanical reliability than that of underfill with excessive mechanical strength, E′ and low modulus of toughness (Underfill 3) due to its fracture resistance for the crack propagation. In addition, it can be known that material properties of underfill resin significantly affect for the mechanical reliability of BGA assembly. As a conclusion, the underfill resin should have a proper Tg to ensure the mechanical properties, and modulus of toughness of underfill resin acts as an important factor rather than mechanical strength and E′ (Stiffness) to ensure the mechanical reliability of BGA assembly.

캐비테이션을 이용한 초미세버블 생성 및 안정성에 관한 연구

윤무성 중앙대학교 대학원 2016 국내석사

초미세버블은 신진대사 촉진, 표면 세척, 바이오매스 제거 등과 같은 다양한 분야에서 적용될 수 있는 특성을 가지고 있다. 본 연구에서는 액체 내에 새로운 기법을 적용한 버블 생성기로 초미세버블을 생성하여, 초미세버블의 존재 및 장기간 안정성에 관한 연구를 진행하였다. 초미세버블 용액은 캐비테이션 노즐 형식으로 개발된 초미세버블 생성기에 의해 제조하였다. 액체 내에 초미세버블 생성 후, 초미세버블 용액 내에 초미세버블의 존재 및 장기간 안정성 평가는 298.15 K의 일정한 온도에서 NTA 기법을 이용하여 측정하였다. 초미세버블 생성 직후를 기준으로 초미세버블 생성에서 버블 생성기의 가동 시간에 따른 초미세버블 생성 특성을 조사하였다. 초미세버블 개체 수는 가동 시간에 따라 비례했지만, 초미세버블의 평균 직경과 모드 직경은 가동 시간에 관계가 없었다. 또한, 입도 분석은 7일 동안 수행했으며, 7일 동안 입도 분석 수행 결과로 초미세버블의 평균 직경, 모드 직경, 개체 수는 현저한 변화를 보이지 않았다. 그 뿐만 아니라, 7일 경과한 초미세버블의 제타 전위는 약 -13 mV로 측정 되었으며, 장기간 동안 액체 내에서 초미세버블의 존재와 안정성을 나타내었다. Nano-bubble has many attractive intrinsic properties that can be in wide field of application such as acceleration of metabolism, surface cleaning, removal of biomass and so on. In this paper, nano-bubbles are generated by newly developed bubble generator and the presence and long term stability of nano-bubbles in water were investigated. A nano-bubble solution is fabricated by developed cavitation nano-bubble generator which consists of cavitation nozzle. After the generation of nano-bubbles in water, the presence and long-term stability of nano-bubbles in nano-bubble solution were experimentally examined by using the nanoparticle tracking analysis (NTA) method at a constant temperature of 298.15 K. Just after the nano-bubble generation, we found out that operation time of bubble generator influences on nano-bubble fabrication. Nano-bubble concentration was proportional to operation time. However, mean and mode diameter were unrelated to operation time. Also, the particle analysis was performed for 7 d. After 7 d of observation, there were no remarkable change in the mean, mode diameter and concentration of nano-bubble. Furthermore, the zeta potential of nano-bubble solution after 7 d was about −13 mV, indicating the existence and stability of nano-bubbles in water for a long time.

Solderable 도전성 접착제를 이용한 no-flow underfill BGA 접합 공정에 관한 연구

김경태 중앙대학교 대학원 2016 국내석사

본 논문에서는 기존 BGA (Ball grid array) 패키지의 접합 및 underfill 공정 방식에서의 공정의 복잡성, 모세관 유동을 이용한 underfill 공급 방식의 오랜 충진 시간, 불안정한 접합부 형성 등의 문제점들을 개선하기 위하여 저융점 합금을 포함하는 solderable 도전성 접착제를 적용한 새로운 개념의 BGA 패키지 접합 공정을 제시하고 이에 대한 실현 가능성을 평가하였다. Solderable 도전성 접착제를 이용한 BGA 접합을 위해, 환원 특성을 부여한 고분자 매트릭스를 합성하였다. 또한, BGA 접합 공정에 사용할 온도 프로파일을 설계하기 위해 시차주사열량 분석 (Differential scanning calotimetry: DSC)을 수행하였으며, 고분자 매트릭스 내부에서의 용융 LMPA 입자의 거동 특성을 평가하였다. BGA 접합 테스트를 위해서, LMPA의 함유량을 달리하여 총 네 종류의 solderable ECA (LMPA: 0, 1, 3, 5 vol.%)를 합성하고 8 × 8 × 1 mm3의 크기에 64개의 Sn-3Ag-0.5Cu 솔더 범프가 형성되어 있는 BGA 패키지에 대한 no-flow underfill 접합 공정을 수행하였다. BGA 접합 테스트 결과에서, LMPA가 3 vol.% 함유된 no-flow underfill BGA 접합 시편은 상대적으로 낮은 공정 온도로 인해 과도한 기포 형성에 기인하는 솔더 범프의 유실이나 인접 단자 간의 단락이 발생하지 않았으며, LMPA의 양호한 선택적 젖음 거동으로 인하여 넓고 안정적인 도전 경로를 형성 및 안정적인 전기적 특성을 확보할 수 있음을 확인하였다. 그러나, 고분자 매트릭스 내부에 포함되는 LMPA의 함량이 1 vol.%로 적용된 경우 LMPA의 부족으로 인한 개회로 형성 문제가 발생하였고, LMPA의 함량이 5 vol.%로 적용된 경우에서는 과도하게 공급된 LMPA 함유량에 의해 인접 단자 간의 솔더 브릿지 문제가 발생하였으며, 이로 인해 매우 취약한 전기적 특성을 나타냄을 확인하였다. 이와 같은 결과들을 통하여 본 연구에서 제안하는 solderable ECA를 적용한 no-flow underfill 접합 공정은 고분자 매트릭스 내부에 분산된 LMPA의 낮은 융점에 기인한 낮은 공정 온도로 인해 기존 no-flow underfill 접합 공정에서 발생하는 기포 발생 및 이로 인한 솔더 범프 유실이나 패키지 들뜸 현상 등의 문제점들을 개선할 수 있으며, solderable ECA 내부에 포함되는 LMPA의 함량이 양호한 BGA 접합부 형성을 위해 중요한 인자로 작용한다는 사실을 확인하였다. In this paper, the novel no-flow underfill BGA package bonding process using solderable electrically conductive adhesive (ECA) with low-melting-point-alloy (LMPA) filler was developed to overcome the several limitations of capillary underfill BGA bonding processes (such as complex process, long underfill filling time and high cost) and no-flow underfill process (such as unstable solder joint including package floating and solder bump loss). For the BGA package bonding process using solderable ECA, the functionalized polymer matrix with reduction capability was formulated. Also, the differential scanning calorimetry (DSC) analysis and polymer matrix-LMPA behavior investigation were conducted to determine the temperature profile for the BGA bonding process. For the no-flow underfill BGA bonding test, 4 type of solderable ECA with different content of LMPA (0, 1, 3 and 5 vol.%) were formulated, and the BGA package with dimensions of 8 × 8 × 1 mm3, and 64 Sn-3Ag-0.5Cu solder bumps was used. From the result of no-flow underfill BGA bonding test, BGA assemblies using solderable ECA with LMPA content of 3 vol.% showed wide and stable bonding joint without solder bump loss or solder bridge because of relatively low temperature profile, and proper flow-coalescence-selective wetting behaviors of molten LMPA fillers. Due to these stable bonding joint, BGA assemblies with LMPA 3 vol.% exhibited low and stable electrical resistance. However, when LMPA contents were selected as 1 or 5 vol.%, BGA assemblies showed unstable solder joint such as open circuit formation because of lack of LMPA contents (1 vol.%) or solder bridge formation due to excessive LMPA contents (5 vol.%). Due to these defects in solder joints, BGA assemblies using solderable ECA with LMPA content 1 or 5 vol.% had weak electrical bonding properties. As a result, it was confirmed that no-flow underfill BGA bonding process using solderable ECA can overcome the problem in capillary underfill (such as complex process, long underfill filling time and high cost) or no-flow underfill method (such as loss of solder bump, package floats) because of relatively low process temperature and proper selective wetting behaviors of molten LMPA fillers. Also, it can be known that LMPA contents in polymer matrix act as an important factor to obtain the stable BGA joints.

나노버블의 생성 및 응용에 관한 연구

오승훈 중앙대학교 대학원 2017 국내박사

나노버블은 긴 수명, 넓은 비표면적, 다양한 응용 분야와 같은 장점들로 인해 큰 관심을 받아 왔으나 작은 개체수, 낮은 잡음비, 불분명한 안정화 메커니즘과 같은 문제의 해결이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 고농도 나노버블 용액이 생성가능한 생성 기법을 개발하고 기법들 간의 우위를 평가했으며, 이를 통해 언급한 문제들을 해결했다. 감압, 캐비테이션, 기-액 혼합을 이용한 나노버블 생성 기법을 개발했으며, 이들 기법은 증류수 내에 직경이 200 nm이하인 버블의 개체수가 2.0~10.0 ×10^8 particles/ml인 나노버블 용액을 생성하는데 유효함을 확인했다. 그러나 증류수와 연료 내에 나노버블이 생성 가능하고, 생성된 버블의 안정성이 가장 뛰어난 생성 기법은 감압 기법 (나노버블 수: 최소 7 일, 나노버블 혼합 가솔린: 최소 121 일)인 것으로 나타났다. 한편 기-액 혼합 기법의 경우, 가장 빠른 속도로 나노버블을 생성할 수 있지만 생성된 버블의 안정성이 감압 기법에 비해 상대적으로 떨어졌다. 이와 같은 나노버블의 뛰어난 안정성은 음전하로 대전된 표면 (초기 제타 전위: -24.01~-30.51 mV)에 의해 버블간 충돌 및 융합이 억제되는 것에 기인한다. 이에 더하여, 감압 기법을 통해 생성된 증류수 내 나노버블의 열적 안정성을 조사했다. 가열 실험을 통해 일단 생성된 나노버블은 쉽게 사라지지 않음 (최소 약 0.2 ×10^8 particles/ml)을 확인했으며, 나노버블의 안정성은 버블 주변의 용존 기체 농도에 의존하지만 과포화된 용액은 나노버블 생성에 필요한 전제조건이 아님을 확인했다. 마지막으로 나노버블의 공학적 유용성을 조사하기 위해 나노버블 혼합 배양 배지 및 연료를 제조하고 이를 이용한 세포 배양 및 연소 시험을 수행했다. 나노버블 혼합 배양 배지를 이용해 섬유아 세포와 조골 세포를 배양했으며, 이를 통해 나노버블이 혼합될 경우 (5~20 %), 세포 증식률이 향상됨 (36.97~111.78 %)을 확인했다. 이와 같은 증식률 향상은 나노버블 혼합 배양 배지에 증류수가 함유되어 있음에도 불구하고 나타났으며, 이를 통해 나노버블 혼합 배양 배지를 이용함으로써 배지 구성 성분 (예: 혈청)의 사용량을 줄일 수 있음을 알 수 있다. 또한 나노버블 혼합 가솔린을 생성하고 물성 측정, 연소 시험 (엔진 회전 속도: 2000 rpm, 엔진 부하: 40~80 %), 성분 분석을 수행했다. 이를 통해 나노버블 혼합 가솔린 생성 공정은 가솔린의 물성을 거의 변화시키지 않으며, 연료의 제동 출력 (0.7~4.0 % 증가)과 연료 소비율 (2.5~7.4 % 감소)이 향상시킴을 확인했다. 또한 나노버블 혼합 가솔린의 기체 크로마토그래피/질량 분석 결과로부터 가솔린의 화학적 조성이 변화되었음을 확인했다. 따라서 연소 특성의 향상은 수소 기체와 나노버블 또는 나노버블 생성 공정에 의해 변화된 가솔린의 화학적 구성에 기인함을 알 수 있다. Nanobubbles have drawn great attention due to their long lifespan, large specific surface area, various applications in many fields, however, there are still unsolved problems such as small population number, low signal to noise (SN) ratio, and ambiguous stability mechanism. Thus, in this study, nanobubble generation methods which can fabricate high concentration nanobubble solution were developed and evaluated on their performance to solve the problems mentioned above. Decompression, Cavitation, Gas-liquid mixing type nanobubble fabrication method were developed, and results showed that these methods are effective to generate nanobubbles that are smaller than 200 nm in diameter and 2.0~10.0 ×10^8 particles/ml in concentration. However, Decompression type method is the only method which can generate nanobubbles in both DI water and fuel. In addition, the stability of bubbles fabricated through Decompression type method showed a remakable difference (Nanobubble water: 7 days at least, Nanobubble gasoline blend: 121 days at least). Meanwhile, Gas-liquid mixing type method is the most rapid method to fabricate nanobubbles, however, nanobubble stability is not as good as those fabricated through Decompression type method. Such an excellent stability of naobubbles is due to negatively charged surface (initial ζ-potential: -24.01~-30.51 mV) which suppresses the bubble collision and coalescence. Moreover, thermal stability of nanobubbles fabricated through Decompression type method was investigated. The heating experiment showed that nanobubbles, once formed, do not disappear easily (about 0.2 ×10^8 particles/ml at least), and although their stability depends on dissolved gas concentration, the supersaturated solution is not a prerequisite for nanobubble formation. Lastly, to investigate the utility of nanobubble solution in engineering field, nanobubble blended culture medium and fuel were fabricated and then cell culture and engine test were performed. Fibroblasts and osteoblasts were cultured, and obtained results showed that mixed nanobubble water in culture medium (5~20 %) improves the cell proliferation (36.97~111.78 %). This improvement was obtained despite the presence of the DI water in nanobubble blended culture medium, and this means that nanobubble blended culture medium could be applied to reduce the amount of ingredient (ex: serum) usage in culture medium. Also, fabrication of nanobubble blended gasoline, measurement of its properties, engine test (engine speed: 2000 rpm, engine load: 40~80 %), and component analysis were performed. Obtained results showed that the nanobubbling process in gasoline does not make significant change of the gasoline properties, but improves the brake power (0.7~4.0 % increase) and fuel consumption (2.5~7.4 % decrease). In addition, gas chromatography/mass spectrum revealed that the chemical composition of the gasoline was changed during the nanobubble generation, specifically by means of replacement reactions of functional groups. Therefore, it is sure that improvements in combustion characteristics comes from hydrogen gas in gasoline and changed chemical composition of gasoline due to nanobubble or nanobubbling process.

나노버블 함유 연료 생성 및 안정성에 관한 연구

채종이 중앙대학교 대학원 2017 국내석사

나노버블의 독특한 특성을 활용한 연구가 활발하게 진행됨에 따라 의미있는 결과들이 속속히 도출되고 있다. 그러나 이러한 연구결과는 물과 같은 수용성 용매 위주로 연구가 이루어졌으며, 아직까지 유기용매와 같은 가솔린, 디젤 연료에는 적용된 사례가 적다. 따라서 디젤 연료 내부의 나노버블 함유 생성을 극대화하기 위하여 decompression type 나노버블 생성 기법과 cavitation type 나노버블 생성 기법을 조합한 새로운 방식의 하이브리드 나노버블 생성기법을 이용해 입도 분석 및 제타전위 측정을 시행하였다. 생성 직후, 나노버블의 직경 분포는 50~400nm로 분포했으며, 개체수는 최대 3.01×10^8 Particles/ml를 생성했다. 나노버블의 장기 안정성을 살펴보면, 생성 직후부터 7일 후까지 시간이 경과함에 따라 직경은 커지고 개체수는 감소하는 경향을 확인할 수 있다. 이러한 요인은 Ostwald ripening 효과로 설명할 수 있다. 또한, 나노버블의 장기 수명은 7일 이상 지속되며 제타 전위 값이 음 (-)의 값으로 나타났음을 확인했다. 이러한 결과를 통해서 나노버블 함유 디젤 연료의 안정성은 여타 기법으로 생성된 나노버블보다 더 높은 안정성을 나타내었다. Nanobubbles have been actively studied due to their unique characteristics, and meaningful results have been obtained. However, these studies have been limitedly conducted on water soluble solvents including water. There are few cases of application of organic solvents such as gasoline and diesel fuels. In this study, a new hybrid nanobubble generation technique that combines the decompression and cavitation type nanobubble generation techniques has developed. Particle size analysis and zeta potential measurement were performed to investigate the generation and stability of nanobubbles in fuel. After generation of nanobubbles in fuel, the concentration of nanobubbles was about 3.01×10^8 particles/ml, which was high level compared with that of each nanobubble generation techniques (decompression and cavitation type). The diameter of nanobubbles was distributed in a range from 50 to 400 nm, and increased with time. In addition, the concentration of nanobubbles was gradually decresed with time. These results can be explained by the Ostwald ripening effect. In addition, the generatged nanobubbles was maintained for more than 7 days, and the zeta potential of nanobubbles was maintained negative value. These results indicate that the nanobubbles was successfully generated in fuel by the hybrid generation technique and stably maintained for a long time.