Analyzing of usage of complex-shaped Cu-W parts produced by metal injection molding process for heat sink for high-performance electronic devices

Abstract

Günümüzde özellikle bilişim sektöründeki elektronik cihazlarda kullanılan işlemcilerin performansları sürekli olarak artmakta ve artan işlemci performansına paralel olarak cihazlarda ortaya çıkan ısı miktarı da yükselmektedir. Bu yüksek ısı miktarının cihaz bileşenlerine zarar vermeden dış ortama aktarılması gerekmektedir. Bu amaçla cihazlarda çeşitli ısı atım elemanları kullanılmaktadır. Bu elemanların malzemelerinin seçiminde öne çıkan en önemli iki özellik ise ısıl iletkenlik ve ısıl genleşme katsayısıdır. Klasik yöntemlerle üretilen ve yüksek ısıl iletkenliğine sahip alüminyum, bakır gibi malzemeler silikon çipler veya seramik alt malzemelerle kullanıldığında termal genleşme uyuşmazlığı ortaya çıkmakta ve parçalarda çatlamalar hatta kırılmalar gözlemlenmektedir. Bu amaçla yüksek ısıl iletkenliğini uygun ısıl genleşme katsayılarıyla birleştiren bakır-tungsten (CuW) gibi kompozit malzemeler üretilmiştir. CuW bileşenleri birbirleriyle alaşım oluşturamadıklarından daha çok toz metalürji teknikleri ile üretilmektedirler. Nihai parçada elde edilebilecek şekil çeşitliliği karmaşıklığı açısından toz metalürji yöntemlerinden enjeksiyon kalıplama yöntemi(MİM) öne çıkmaktadır. Tez çalışması ile amaçlanan MIM teknolojisini CuW malzeme ile birlikte kullanarak mevcut yöntemlerle üretilemeyen ve gerekli termal özelliklere sahip karmaşık geometrili parçalar üretebilmektir.

During the past decades, the rapid evolution of electronic and information technology has resulted in a significant increase in the performance of the processors of the electronic devices. In order to dissipate the heat generated at the interface of these electronic devices, heat spreaders or heat sinks should be produced from suitable materials. Thermal conductivity and coefficient of thermal expansion(CTE) are two important thermal properties to consider for choosing the suitable materials for this process. Aluminum and copper have high thermal conductivity values, but their high CTE values result in warping of the plate, crack for ceramic component or solder fatigue because of the large difference of CTE to ceramics or silicon. Copper-Tungsten (CuW) composites, which combines high thermal coefficient value with matched CTE value are used to overcome these problems. Since copper and tungsten are not mutually soluble, CuW parts are produced by powder metallurgy techniques. Metal injection molding (MIM) is a powder metallurgy technique which enables complex parts to be formed as easily as simple geometries, thereby allowing increased design freedom. The aim of this thesis is to produce Complex-Shaped CuW parts with necessary thermal properties by using MIM process.