Design, fabrication, and experimental evaluation of microchannel heat sinks in CPU cooling
İşlemci soğutmada mikrokanal ısı alıcıların tasarımı, üretimi ve deneysel incelenmesi
- Tez No: 268974
- Danışmanlar: PROF. DR. FARUK ARINÇ, YRD. DOÇ. DR. TUBA OKUTUCU ÖZYURT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Isı değiştiriciler, Mikroelektromekanik sistemler, Mikroişleme teknikleri, Heat exchangers, Microelectromechanical systems, Micromachining techniques
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, elektronik soğutma uygulamalarında kullanılabilecek yeni bir Bütünleyici Metal Oksit Yarıiletken (CMOS) uyumlu mikrokanal ısı alıcısı tasarlanmış, üretilmiş ve denenmiştir. Bu mikrokanal ısı alıcı, altında kalan elektronik devrenin tasarımında herhangi bir değişiklik yapılmasına gerek olmadığından, üretimi tamamlanmış CMOS pullarının üzerine, üretim akışına yalnızca birkaç aşama ekleyerek oluşturulabilmektedir. Polimer (Parilen C) ve metal (bakır) yapıların kullanılmasıyla, yüksek performanslı bir mikrokanal ısı alıcı eletronik devrelerin üzerinde kolayca üretilebilmekte ve yekpare bir soğutma sistemi oluşturulmaktadır.Tasarım aşamasında birçok farklı boyuttaki mikrokanalın bilgisayar benzetimleri gerçekleştirilmiştir. Parilenden üretilen mikrokanallar, parilen C'nin düşük ısıl iletkenliği nedeniyle zayıf bir ısı transferi performansı göstermişlerdir. Bu sebeple yapısal bir parilen tabakası ile gömülü metal tabakalardan oluşan alternatif bir tasarım düşünülmüştür. Metal olarak yüksek ısıl iletkenliği ve üretim kolaylığı sebebiyle bakır seçilmiştir. Benzetim sonuçları bakır yüzeylerin alanı arttıkça ısı alıcının performansının da arttığını göstermiştir. Bu sonuçlar ışığında üretilecek olan test yapıları tamamen bakır yan duvarlar ve parilen üst duvardan oluşacak şekilde tasarlanmıştır.Birçok farklı özellikte test örneği ODTÜ-MEMS Araştırma ve Uygulama Merkezi tesislerinde üretilmiştir. Üretilen örnekler farklı soğutucu akışkan hızları ve ısı yükleri altında test edilmişlerdir. Testler sürecinde 126 W/cm2'ye varan ısı akılarının 500 ?l/dak soğutucu akışkan hızı ile devre yüzey sıcaklığını 90°C civarında tutarken yüzeyden uzaklaştırılabildiği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
A novel complementary metal oxide semiconductor (CMOS) compatible microchannel heat sink is designed, fabricated, and tested for electronic cooling applications. The proposed microchannel heat sink requires no design change of the electronic circuitry underneath. Therefore, microchannels can be fabricated on top of the finished CMOS wafers by just adding a few more steps to the fabrication flow. Combining polymer (parylene C) and metal (copper) structures, a high performance microchannel heat sink can be easily manufactured on top of the electronic circuits, forming a monolithic cooling system.In the design stage, computer simulations of the microchannels with several different dimensions have been performed. Microchannels made of only parylene showed poor heat transfer performance as expected since the thermal conductivity of parylene C is very low. Therefore an alternative design comprising structural parylene layer and embedded metal layers has been modeled. Copper is selected as the metal due to its simple fabrication and very good thermal properties. The results showed that the higher the copper surface area the better the thermal performance of the heat sinks. Based on the modeling results, the final test structures are designed with full copper sidewalls with a parylene top wall.Several different microchannel test chips have been fabricated in METU-MEMS Research & Application Center cleanroom facilities. The devices are tested with different flow rates and heat loads. During the tests, it was shown that the test devices can remove about 126 W/cm2 heat flux from the chip surface while keeping the chip temperature at around 90°C with a coolant flow rate of 500 ?l/min per channel.
Benzer Tezler
- Design, simulation, and fabrication of a circularly polarized MIMO antenna with improved isolation
Geliştirilmiş izolasyona sahip dairesel polarize MIMO anteninin tasarımı, simülasyonu ve üretimi
VALA TASHVIGH
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT KARTAL
- Development and evaluation of synthetic vocal fold phantoms for anisotropic behavior
Anizotropik davranış için sentetik ses teli fantomlarının geliştirilmesi ve değerlendirilmesi
AFARIN SARRAFZADEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET CAN ERTEN
- Design and implementation of a 3D Helmholtz coil system
3B Helmholtz bobin sisteminin tasarımı ve uygulanması
RAHİME ALSANĞUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mekatronik MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPASLAN TURGUT
- 3um N-kuyu CMOS teknolojisi ile test kırmığı tasarımı ve tranzistor eşik gerilimi ayarı
Test chip design for 3 um N-well CMOS fabrication technology and threshold voltage adjustment
ZEYNEP D. TOROS
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. DURAN LEBLEBİCİ
- Nükleer uygulamalarda radyasyon güvenliği amacıyla yeni kalkan malzemelerin deneysel ve Monte Carlo simülasyon kodları (CERN-FLUKA ve GEANT4)ile belirlenmesi ve fabrikasyonu
Determination and fabrication of new shield materials for nuclear reactor safety by experiments and CERN-FLUKA Monte Carlo simulation code,GEANT4
BÜNYAMİN AYGÜN
Doktora
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULHALİK KARABULUT