Modeling and fabrication of silicon micro-grooved heat pipes

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 <100> 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.