Modeling and fabrication of silicon micro-grooved heat pipes
Silikon mikro-oluklu ısı borusunun modellenmesi ve üretimi
- Tez No: 392497
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. BARBAROS ÇETİN, PROF. DR. ZAFER DURSUNKAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 94
Özet
Elektronik parçaların soğutulmasında micro ısı boruları (MIB) tercih edilmektedir ve bunun temel nedeni ise faz değişimi sonucu oluşan yüksek ısı çekim kapasitesidir. Bu bağlamda, tez çalışmasında mikro-oluklu ısı borusu sisteminin sonlu elemanlar modellenmesine ve üretimine odaklanılmıştır. Sayısal model kullanılarak soğutucu, ısıtıcı, mikro-oluklardan oluşan bir MIB sisteminin tasarımı tamamlanmıştır. Birim mikro ısı tüpününde yapılan detaylı sayısal faz değişimi analizi sonuçları, 3-boyutlu model oluşturulmasında kullanılmıştır. Soğutucu kanalları ve ısıtı tasarımda da sonlu elemenlar modeli kullanılmıştır. 3-boyutlu sıcaklık dağılımı oluşturulmuş ve birim modelin öngöremediği çoklu kanal etkileri gözlenmiştir. Mikro-oluklu yapı üretimi için iki temel üretim tekniği olan litografi temelli ve mekanik temelli üretim uygulanmıştır. Litografi temelli üretimde, fotolitografi ile birlikte derin reaktif iyon aşındırma uygulanmıştır. İstenen mikro-oluklu yapı için birçok üretim parametresi test ve optimize edilmiştir. Test edilen parametrelere göre reçete oluşturulmuş ve Si plaka üstünde fotolitografi işlemi tamamlanmıştır. İstenen kare mikro-oluk derinliği (200 µm) olup, 580 döngü derin reaktif iyon aşındırma ile oluşturulurulmuş, mikro-oluk derinliğinin %5in (kabul edilebilir) den daha az çimensi yapıda gözlenmiştir. Mekanik tabanlı üretimde, otomatik testere dilimleme ile birlikte elmas ve PCD kesici takım ile yüksek hassasiyetli mekanik talaşlı işleme tamamlanmıştır. Otomatik testere dilimleme yönteminde başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Bu yöntemin tek olumsuz yönü ise mikro-oluk uç kısımlarında oluşan kavisli profildir. Yapılan çalışmalardan otomatik testere dilimleme yönteminin diğer yöntemlere göre çok hızlı ve düşük maliyetli olduğu sonucu çıkarılmıştır. Fakat, yüksek hassasiyetli mekanik talaşlı işlemenin mikro-oluk üretiminde yetersiz kaldığı görülmüştür. Ayrıca, mekanik talaşlı üretimin MIB üretiminde çok yavaş ve maliyetli olması, yöntemin makul olmadığını göstermiştir. Soğutucu kanallar, PDMS kalıplama ile üretilirken, Cr ısıtıcı fotolitografi ve film kaplama yöntemleri kullanılarak üretilmiştir. MIB sistemi parçalarının birleştirilmesinde plazma uygulaması kullanılmıştır. Litografi temelli üretimler ve testere dilimleme tekniği Bilkent Üniversitesi Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi'nde (UNAM) tamamlanmıştır. Yüksek hassasiyetli mekanik talaşlı işleme ise Bilkent Üniversitesi Mikro Sistem ve Tasarım Merkezinde yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
Micro heat pipes (MHPs) are of current interest in the cooling of electronic components due to their high heat removal capacity as a result of the phase change mechanism. This thesis work focuses on finite element modeling and fabrication of a silicon micro-grooved heat pipe system. The computational model is developed to design an MHP system which consists of cooling and heating units and micro-grooves. The 3–D computational model is developed by using the phase change results of a detailed computational model on a unit cell as a boundary condition. Finite element modeling is also used for the design of the cooling channels and the heaters of the MHP system. The 3–D temperature distribution on an MHP system is obtained, and the effects of multiple channels, which cannot be captured by the unit cell analysis are reported. Two different main fabrication techniques, namely lithography-based and mechanical-based, have been assessed for the fabrication of micro-groove structures. For the lithography-based fabrication, deep reactive ion etching together with photo-lithography is used. Many process parameters are tested and optimized to achieve the desired micro-groove structure. According to the tested parameters, a final recipe is prepared and tested on a < 100 > Si wafer. Square micro-grooves with a width and a depth of 200 µm are obtained for 580 cycle dry etching with grassing formation which is below 5% (acceptable) of the micro-groove height. For the mechanical fabrication, cutting with an automated dicing saw, and high-precision machining with a diamond tool and a PCD tool have been assessed. Satisfactory results have been achieved by the dicing saw. A drawback of the dicing saw technique is the presence of a curve-shaped profile at the beginning and end of the grooves. This study showed the dicing saw to be a fast and cost effective alternative to other techniques. On the other hand, the results of high-precision machining are found to be unsatisfactory for the fabrication of micro-grooves. Moreover, the machining time and the cost of this technique turns out to unfeasible for the fabrication of a MHP system. The cooling channels are fabricated using PDMS molding, and the chromium heaters are fabricated using photolithography and sputtering. The bonding of the layers of the MHP system is accomplished by plasma treatment. The lithography-based fabrication and the dicing saw techniques are performed at the Bilkent University National Nanotechnology Research Center, and high precision machining is performed at the Bilkent University Micro System and Design Center.
Benzer Tezler
- Design and electromechanical modeling of vertically stacked silicon nanowire arrays as coupled resonators
Üst üste yerleştirilmiş silisyum nanotel dizilerinin bağlaşımlı çınlaçlar olarak tasarımı ve elektromekanik modellemesi
İSMAİL YORULMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. B. ERDEM ALACA
- Design, analysis and production of temperature sensor using microstereolithography technique
Mikrostreolitografi tekniği kullanılarak sıcaklık sensörünün tasarımı, analizi ve üretimi
TAYYAB WAQAR
Doktora
İngilizce
2022
Mekatronik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEZGİN ERSOY
- Micro-scanning mirrors and lenses for improving image resolution
Görüntü çözünürlüğünün arttırılması amacıyla mikro tarama ayna ve lens geliştirilmesi
AHMET SÖZAK
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KIVANÇ AZGIN
- Platin ve grafen üst elektrotlu titanyum oksit memristörlerin fabrikasyonu
Fabrication of titanium oxide memristors with platinum andgraphene top electrodes
SELİN ONAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ITIR KÖYMEN MERAL
- A novel micro piezoelectric energy harvesting system
Yeni bir mikro piezoelektrik enerji harmanlayıcı sistemi
TOLGA KAYA
Doktora
İngilizce
2007
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ALİ ZEKİ
Y.DOÇ.DR. HÜR KÖŞER