Çok katmanlı elektronik elemanlarda ısı iletiminin sayısal olarak incelenmesi
Numerical analysis of conduction in multi-layered electronic equipment
Yazar: FATİH NUSRET DUR
Danışman: DR. DR. ABUZER ÖZSUNAR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Elektronik aletler = Electronic equipments ; Elektronik kartlar = Electronic cards ; Isı analizi = Heat analysis ; Soğutma = Cooling

Özet:
Bu çalışmada, elektronik cihazların işlevi açısından hayati önemi haiz olan çiplerdeki ısı iletimi sayısal olarak hem iki boyutlu hem de üç boyutlu incelenmiş ve aktiflik oranına göre 2 W ila 15 W arasında çalışan bir çip için oluşan maksimum sıcaklıklar irdelenmiştir. Ticari hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) programları olan Fluent'le zamana bağlı ve yatışmış şartlarda sıcaklıkların değişimi incelenmiş, sıcaklık dağılımları elde edilmiş ve Ansys kullanılarak ısıl gerilme ve gerinme analizi yapılmıştır.Örnek olarak ele alınan çipin, 2 ?m altın ve 0,4 mm silikon olan iki tabakadan oluştuğu ve 1,5 mm x 1,5 mm boyutlarında olduğu düşünülmüştür. Taban sıcaklığının 300 K'de sabit tutulduğu, yan yüzeyler hem yalıtılmış hem de doğal konveksiyon sınır şartlarında, iki farklı durum için inceleme yapılarak sıcaklık dağılımları kontur grafikleri olarak verilmiştir. Sonuçların, malzemenin güvenilirliğini etkileyecek sınırlarda olup olmadığı ortaya konulmuş ve altının ya da silikon malzemenin kalınlığında yapılan değişikliklerin ve altın yerine bakır kullanılmasının sistemde oluşan maksimum sıcaklığa ve dağılıma etkileri araştırılmıştır. Silikon malzemenin kalınlığının artması sonucunda maksimum sıcaklığın arttığı, üst yüzey malzemesi olarakaltın yerine bakır kullanıldığında ise elde edilen maksimum sıcaklıklar çok yakın değerlerde fakat daha yüksek oldukları tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçların çip üretici firmaların bilgisayarlar için yaptıkları sıcaklık testlerinin sonuçları ile uyuştuğu gözlenmiştir.Anahtar Kelimeler : Çiplerde Isı İletimi, Elektronik Cihazlarda Soğutma

Abstract:
In this study, the conduction in the chip, which is the main part of an electronic system, was investigated in both two and three dimensional model and the maximum temperatures were calculated between 2 W and 15 W power due to system activeness. Temperatures are calculated for both steady-state and unsteady conditions using computational fluid dynamics program Fluent and Ansys program is used for deformation, stress and strain analyses.Sample chip is considered to be composed of two layers; one is 2 ?m gold, and the other is 0,4 mm silicon The chip has 1,5 mm x 1,5 mm dimensions. Two different cases are taken into account for the problem. The first one is the sides are considered to be adiabatic, and bottom face is held at 300 K and the second one is natural convection is considered on the sides and the bottom face is held at 300 K. For both two cases heat distribution is stated as contour graphics. Results were examined if they had an affect on the reliability. The affects of changes in the thicknesses of each layer, and copper usage instead of gold, in the maximum temperatures and also in the distribution is investigated. It is seen that maximum temperature increases due to thicker silicon layer. And for the copper usage instead of gold the maximumiitemperature is calculated, just a little bit higher. Compared to the producer test data it was seen that results were compatible.Key Words : Conduction in Chips, Cooling of ElectronicEquipment