The Speakers

• 강연제목: 전자 패키지의 계면 접착 신뢰성 문제에 관한 연구

• 초록: 전자 부품들의 응용 범위가 컴퓨터, 모바일, 스토리지, 빅데이타, 오토모티브 등으로 다양해 지면서, 부품의 요구 성능, 크기, 용량 등이 매우 다양해 지고 있다. 이에따라, 패키지 내부 구조는 점차 복작해 지고 있으며 대표적으로 여러 장의 박막이 다중으로 적층된 구조를 가지고 있다. 이러한 다층적층 구조는 제품의 신뢰성 평가 또는 사용자 환경에서 층간 계면 박리 문제가 큰 문제가 되고 있다. 전자 부품의 계면 불량은 주로 온도, 습도, 압력, 시간, 기계적 힘 등의 외력에 기인한다[1]. 일반적으로 계면박리는 환경시험조건(온도/습도)으로 인하여 발생하는 패키지 내부의 기계적 거동 차이로 인하여 박리가 발생한다. 최근, 얇은 칩이 복수 개 적층되거나, 칩의 크기는 커지는 반면 패키지의두께는 얇아지게 되면서 적층면들 사이이의 기계적 불일치(Mismatch)가 더욱 증가하고 있다. 흡습 경로 및 수분함유층의 개수도 많아지고, 적층 공정이 많아짐에 따라, 박리가 발생할 수 있는 잠재 위험지역과 박리 발생률이 증가하고 있다. 이러한 패키지내의 박리는, 요구 수명(환경) 조건하에서는 발생해서는 안되며, 만일 발생하게 되면 소재, 공정, 또는 구조 개선 등과 같은 장시간의 개선/개발 비용이 소요된다. 박리의 원인, 발생 역학, 효과적인 해결방안 등을 명확히 규명하기는 매우 어려운 상황이다.

그러므로 패키지의 신뢰성을 확보하기 위하여 계면에서의 박리 현상을 규명하는 연구가 요구되고 있다. 계면간 박리는 박리 유발력과 이에 대항하는 접착력과의 세력불균형량을 근거로 판단하는 것이 타당한 방법이며, 이를 위한 계면파괴역학적 방법을 적용하여야 한다[2,3]. 따라서 본 연구에서는 다층 적층판의 손상에 대한 연구를 수행하였다. 온도, 습도, 하중속도 등이 계면 접착력에 미치는 영향에 대하여 실험적 및 수치해석적으로 고찰하였다.

• 약력

- 2001.03 ～ 2011.05 삼성전자 연구원

- 2014.03 ~ 영남대학교 기계공학과 교수

• 강연제목: 구조물의 연계효과가 원전 격납건물의 층지진응답에 미치는 영향

• 초록: 원자력발전소의 중요 기기의 내진검증을 수행하기 위해서는 사전에 구조물의 층응답스펙트럼 혹은 구조내부응답스펙트럼이 준비되어야 한다. 현재까지의 실무에서는 주구조시스템과 부구조시스템의 연계효과를 무시하고 구조물의 층응답을 계산하였다. 하지만 부구조시스템의 지진응답은 이를 지지하는 주구조시스템의 동적 거동에 크게 영향을 받는다. 따라서 합리적인 층응답스펙트럼을 작성하기 위해서는 두 시스템 간의 상호작용을 고려하는 연계해석이 필요하다. 본 연구에서는 수치해석적 안전성이 강화된 모드합성법을 적용한 연계해석 절차를 전개하였다. 층응답스펙트럼엄은 지지 구조물과 기기 사이의 인터페이스에서 발생할 수 있는 동적 상호작용을 고려하여 생성된다. 이 모드합성법은 엔지니어링 측면에서 매우 효율적이며, 실용적이다. 이 연구는 대표적인 원자력발전소 구조물을 대상으로 수치 예제 해석을 수행하고 연계해석의 효과를 평가하였다. 연구 결과, 연계해석은 구조물의 층응답을 크게 감소시킬 수 있음이 확인되었다.

• 강연제목: 증기발생기 전열관 결함 발생 수량 예측 및 구조 건전성평가

• 초록: 가압경수로형 원자력발전소의 증기발생기는 원자로에서 발생되는 열에너지를 이용하여 증기를 발생시켜 터빈과 발전기를 구동시키는 열교환기이다. 증기발생기 내부에 열교환을 위한 전열관이 수천개 설치되며, 전열관은 1차측 압력 경계를 형성한다. 증기발생기 전열관의 주요 열화 원인은 응력부식균열과 지지구조물에 의한 마모이다. 따라서 열화가 발생한 전열관의 구조 건전성평가는 중요하다.

본 발표에서는 최근 한국수력원자력 중앙연구원을 중심으로 수행된 증기발생기 전열관 결함 발생 수량 예측 및 건전성평가에 관한 연구를 소개한다. 전열관 결함 발생 수량 예측을 위하여 와이블 함수를 이용한 방법과 몬테-카를로 시뮬레이션을 이용한 확률론적 방법이 사용된다. 결함 수량 예측 결과는 건전성평가, 정비 계획 수립, 증기발생기 교체 계획 수립에 사용될 수 있다. 증기발생기 전열관에 대한 와전류탐상검사는 주기적으로 수행되며, 탐지된 결함에 대한 구조 건전성평가를 수행해야 한다. 구조 건전성평가에서 결함 전열관의 파열 압력은 가장 기초적인 자료이다. 다양한 결함 종류와 형상에 대한 파열 시험과 유한요소해석 해석이 수행되었다. 본 연구를 통하여 기존에 제시된 파열 압력식을 검증하고 보수성이 완화된 새로운 파열 압력식이 제시되었다.

• 강연제목: 노내비계 및 안전관리 시스템의 현장 적용을 통한 작업자 안전성 향상에 대한 고찰

• 초록: 석탄 화력발전소의 보일러는 운전주기 동안 계속적인 운전 혹은 기동·정지를 반복하면서 안정적인 전력량 수급을 담당하고 있기 때문에, 발전소의 지속성과 안전성 측면에서 주기적인 정비가 필수적이다. 기존의 보일러 내부 정비를 위한 비계시스템은 모든 하중이 하부로 집중되어 일부 부재에 문제 발생 시 연쇄적인 붕괴로 이어지는 문제점이 있다. 그러나, 현장에서 이루어지고 있는 안전관리는 그 중요성에 비해서 관리기법이 낙후되어 있는 것이 현실이다⁽¹⁾. 특히 1991년부터 2016년 까지 약 15년간 비계 관련 재해사건이 1300건이 넘으며, 연간 평균 52건에 이르고 있다⁽²⁾. 최근 첨단 기술의 발전과 삶의 질 향상에 따라 산업안전에 대한 관심은 높으나, 첨단 IT 기술을 접목한 안전 관리 시스템은 아직 미비한 실정이다. 이러한 문제점을 해소하고자 작업자의 안전과 효율적인 보일러 내부 정비를 위한 상부지지 인양식 노내비계 시스템을 개발하였다⁽³⁾. 노내비계 시스템은 상부에 하중을 분산시키고, 일부 부재에 문제가 발생하더라도 연쇄 붕괴의 위험을 최소화 할 수 있다. 더불어, 안전성 향상을 위해서 정격 및 작업 하중 측정과 지지부의 변위를 실시간으로 모니터링이 가능하며, 노내 작업자 잔류를 확인할 수 있는 안전 관리 시스템을 적용하였다.

본 기술연구에서 개발된 노내비계 시스템은 2017년 경상남도에 위치한 화력발전소에 최초 적용을 시작으로 2019년 500MW 이상급 초임계압 화력발전소의 계획예방정비 기간 동안 와이어로프형 노내비계 및 인양시스템을 적용하였다. 시스템 현장 적용 결과, 안전성과 작업자의 작업 동선이 폭넓게 반영되어 보일러의 신뢰성 높은 정비가 가능하게 되었다. 또한, 안전불감증에 대한 경각심을 주는 한편, 사고 예방 효과를 주고 있다. 와이어로프형 노내비계 시스템은 상부 고정방식으로 다양한 환경에 활용이 가능하기 때문에 전반적인 산업계의 안전성을 높일 수 있을 것으로 기대한다.

• 강연제목: 고속물성측정실험 및 머신러닝 기반 구조재료 설계

• 초록: 경량 구조재료, 플라즈마 대면재, 하이엔트로피 합금, 비정질 금속 등 다양한 차세대 합금은 응용 목적에 따라 다양한 기계, 열, 전기 물성 등이 최적화되어야 한다. 합금은 두가지 이상의 금속 원소를 섞어 합성 가능하고, 합금을 구성하는 원소의 종류 및 분율에 따라 순수 금속 대비 우수한 물성을 갖게 할 수 있다. 따라서 기존 금속/합금 대비 성능이 우수한 구조재료 개발을 위해서는 합금의 조성 및 미세구조가 그들의 물성에 어떤 영향을 미치는지 정확히 파악하는 것이 중요하다. 하지만 합금 형성이 가능한 원소 조합은 무궁무진하여 기존의 실험법을 적용하여 방대한 양의 합금에 대해 조성-미세구조-물성 간의 관계를 파악하고, 이를 통해 미지의 소재를 개발하는데 한계가 있다. 일례로, 독성이 없고 비희토류인 32가지 금속 원소 중 2가지를 섞은 2종 합금의 가능 조합 수는 5만여건이 되며 3, 4종의 경우 각각 2천만건, 60억건 이상의 조합이 가능하다. 이 중, 현재 물성 정보가 확보되어 있는 조성은 극히 일부에 불과하다. 최근 재료물성 빅데이터와 인공지능 알고리즘을 이용하여 물성 간 상관관계를 파악하고, 이를 통해 미지의 소재에 대한 물성을 예측하는 방법으로 기존의 물성을 뛰어넘는 새로운 소재를 효율적으로 개발하는 방법이 각광받고 있다. 본 발표에서는 이와 관련하여, 합금물성 데이터를 신속히 확보할 수 있는 고속 실험법을 소개한다. 이 실험법은 박막 기반의 조합 합성법을 이용하여 수 시간 내 수백 ~ 수천 가지 조성을 갖는 박막 합금을 만들고, 그들의 기계/열/전기/구조 물성을 수일 내 신속하게 측정 가능한 고속물성측정법을 포함한다. 또한 합금 물성 데이터와 머신러닝을 이용하여 조성-미세구조-물성 간 관계를 파악하고, 이를 이용하여 미지의 합금의 물성을 예측함에 따라 새로운 구조재료 개발을 가능케 하는 방법론과 그 예시에 대해 다룬다.

• 강연제목: 초음파 캐비테이션 피닝 (ultrasonic cavitation)을 이용한 원자로 노즐내벽 피닝

• 초록: 본 피닝 방식은 초음파에 의해 발생하는 캐비테이션을 이용하여 표면에 피닝을 하는 방식이다. 이 초음파 피닝 방식의 특징은 노즐내경의 크기에 관계없이 효율적인 적용이 가능한 방식으로 따라서 내경이 작아 접근이 어려운 원자로 노즐(예: BMI 노즐) 내벽 피닝에도 효과적인 적용이 가능하다. 현재의 미쓰비시, 히타치, 토시바에 원자로 노즐내벽에 적용하는 워터 젯 피닝을 대체할 수 있는 방식이다. 현재 본 초음파 방식으로 내부직경이 16mm이하인 노즐내벽에 구현된 압축응력은 약 430MPa이고 압축응력장의 깊이는 400mm이다. 또한 본 방식의 특징은 제작비와 전력소모가 현재의 워터 젯 방식에 비해 현저히 작고 원자로 냉각수를 사용할 수 있기 때문에 시스템이 구성이 간단하고 (워터 젯 피닝과 달리) 피닝 시에 노즐진동이 발생하지 않아 매우 안전한 정비기술로 판단된다. 기술구현 방식이 매우 간단하여 조기에 실용화가 가능할 것으로 예상된다.

• 강연제목: 최적의 스트레인 게이지 위치 선정과 실하중 이력을 이용한 피로해석

• 초록: 일반적으로 구조물의 설계나 개발 단계에서는 정확한 입력 하중을 알 수 없기 때문에 입력 하중을 가정하여 사용하고 있다. 이러한 가정으로 인한 입력 하중의 차이는 기준 초과 또는 기준 미달의 제품 생산을 초래할 수 있기 때문에 정확히 예측된 값의 사용이 반드시 필요하다. 실제 하중 이력을 얻기 위해서는 트랜스듀서 또는 스트레인 게이지를 이용하는 시험 방법이 있지만, 시험 결과로부터 FEA 모델과 스트레인 데이터의 적합한 상관관계를 얻는 것이 쉽지 않다. 본 강연에서는 보다 손쉽게 최적의 스트레인 게이지 부착 위치를 선정하는 방법과 스트레인 데이터로부터 하중 복원 기법을 사용한 실제 하중 이력 산출 그리고 도출된 결과들을 이용한 피로해석 방법을 소개한다.