Prediction of mechanical properties of a minute electronic device with porous ceramic

Seong–Jin Hwang, Byung Hae Jung**, and Hyung Sun Kim*

School of Materials Engineering, Inha University, 253 Younghyun–dong, Nam–gu, Incheon, 402–751, Korea.

* Corresponding author:
Tel: +82–32–860–7545, fax: +82–32–862–5546;
e–mail: kimhs@inha.ac.kr (H.S.Kim).

** Now he works at LG electronic Company, Gumi, Korea.

Recibido el 9 de junio de 2006
Aceptado el 30 de agosto de 2006

Abstract

It is difficult to measure the mechanical properties of the barrier rib materials in PDP (plasma display panel), which is a composite material reinforced by a glass matrix with rigid fillers. The purpose of this paper is to describe by using indentation technology, the method of evaluating the mechanical properties of two types of tiny bulk–dense, porous materials. In this work, the elastic constants and hardness of two types of barrier ribs were measured by Berkovich nanoindentation. As a result, cracks appeared around the load of 1345mN for the dense type of rib, while porous ribs endured up to 2427mN without any crack formation. Since the mechanical properties of rib' composites are closely related to porosity, an empirical relationship of hardness, elastic constant and strength versus porosity would review the mechanical properties of commercial ribs for a certain range of index, provided the porosity of the material is known. Thus, we suggest that the mechanical properties obtained by a nanoindenter can be used to evaluate the reliability of minute electronic devices.

Keywords: Nanoindentation; mechanical properties; elastic constant; hardness; porosity.

Resumen

Es difícil medir las propiedades mecánicas de los materiales con nervadura en PDP (plasma display panel), que son materiales compuestos reforzados por una matriz de vidrio con rellenos rígidos. El propósito de este artículo es describir, usando tecnología de indentación, el método de evaluación de las propiedades mecánicas de dos tipo de materiales diminutos: compactos y porosos. En este trabajo, las constantes elásticas y dureza de dos tipos de nervaduras fueron medidas por nanoindentación de Berkovich. Como resultado, aparecieron cuarteaduras alrededor de la carga de 1345 mN para el tipo de nervaduras compactas, mientras las nervaduras porosas resistieron hasta 2427 mN sin formarse ninguna cuarteadora. Puesto que las propiedades mecánicas de los compuestos con nervadura están íntimamente relacionadas con la porosidad, una relación empírica de dureza, constante elástica y fuerza versus porosidad reexaminaría las propiedades mecánicas de nervaduras comerciales para un cierto nivel de índice, suponiendo conocida la porosidad del material. Así, nosotros sugerimos que las propiedades mecánicas obtenidas por un nanoindentador pueden ser usadas para evaluar la confiabilidad de dispositivos electrónicos diminutos.

Descriptores: Nanoindentación; propiedades mecánicas; constante elástica; dureza; porosidad.

PACS: 62.25.+g; 62.20.–x; 62.20.MK

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Acknowledgment

This work was supported by INHA UNIVERSITY Research Grant.

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