This thesis aims at investigating size dependence of properties of nanostructures from the point of view of a general scaling theory that smoothly connects properties of the bulk to that of nanostructures. Two different examples of a ``static'' and a ``dynamic'' property are considered in this study. The first example studied is of size dependence of coefficient of thermal expansion (CTE) which a static property of nanostructures. The CTE of nanobars and nanoslabs is studied using equilibrium molecular dynamics and dynamical matrix formulation in an electrically insulating medium. It is found that the fractional change in CTE from the bulk value scales inversely with the size of the nanostructures, thus, showing a simple description in terms of a scaling theory. In the second part, electron transport in carbon nanotube field effect transistors (CNTFETs) is studied using Landauer formalism. A CNTFET involves transport through a 1-d ballistic carbon nanotube channel with Schottky barriers (SB) at contacts which determines the transport characteristics. The CNT is modeled as a 1-d semiconductor having only two bands separated by an energy gap which depends inversely on tube diameter. After the contact is made, a self-consistent potential appears due to charge transfer between CNT and metal, which is calculated by solving Poisson equation. The electron transmission across the barriers is calculated using WKB approximation. Current and conductance are calculated using Landauer-Buttiker formula. Diameter dependence of properties like, conductance, threshold voltage, VON, etc. is calculated. It is found that there is no simple scaling for a property for small values of diameter. The scaling form is, however, found to be valid for larger diameters. Also, other calculated device characteristics are in close agreement with experiments. The model presented in this thesis is the first detailed study illustrating the applicability of the scaling approach to the properties of nanostructures. The static properties show scaling behavior, while ``dynamic'' properties derived from electronic response do not.

This work deals with the issue of packaging and heat transfer. Especially this work focused on QFN and BGA packages. Nowadays most sophisticated conventional solution. First part deals with analysis of the current status of packages. Next part is analyze the issue of heat transfer in electronic systems. The following section is an experimental dealing with simulation in ANSYS Workbench and validation of these simulations by designed test structures. At the end is evaluated properties and behavior of these packages.

[pt] Embora a grande maioria dos materiais dilate quando aquecida e contraia quando resfriada, existe uma classe de materiais que se contrai, ou não muda de dimensões, ao aquecida, apresentando um coeficiente de expansão térmico negativo (ETN) ou próximo à zero (ETZ), respectivamente. A possibilidade de reduzir significativamente o coeficiente de expansão térmica, e ao mesmo tempo, incrementar suas propriedades físicas tem sido a principal força motriz na busca por fases cristalinas dentro da família A(2)M(3)O(12) e suas subfamílias. Tendo isso em vista, a proposta deste estudo foi sintetizar dois sistemas novos, ZrMg(1- x)Zn(x)Mo(3)O(12) (x=0,1; 0,3; 0,35; 0,4) e ZrMg(1-x)Ni(x)Mo(3)O(12) (x=0,05; 0,1; 0,15; 0,2), para tentar reduzir o coeficiente de expansão térmica da fase mãe, a ZrMgMo(3)O(12). O limite de solubilidade de Zn(2+) e Ni(2+) no sistema ZrMgMo(3)O(12) se encontra no intervalo de 0,35 menor ou igual à x menor ou igual à 0,4 e 0,1 menor ou igual à x menor ou igual à 0,2, respectivamente. O menor coeficiente de expansão térmica (alfa l =2,82x10(-7)K (-1)) foi obtido para a composição x=0,1 no sistema ZrMg(1-x)Zn(x)Mo(3)O(12) na faixa de temperatura de 213 K a 298 K. Neste sistema, a transição de fase de monoclínica para ortorrômbica foi observada, ocorrendo abaixo da temperatura ambiente para todas as composições de x=0,1 a x=0,4. Esta temperatura de transição aumenta conforme aumenta a composição de Zn(2+). As análises de termogravimetria indicaram que as fases dos dois sistemas não são higroscópicas. Aplicando a equação de Kubelka-Munk, e considerando uma transição indireta para o ZrMg(1-x)ZnxMo3O12, concluiu-se que não existem diferenças significativas na energia de banda proibida das fases analisadas. No entanto, para uma transição indireta para o ZrMg(1-x)Ni(x)Mo(3)O(12) existe um decréscimo da energia da banda de energia, conforme o conteúdo de Ni(2+) aumenta na composição, além do surgimento da absorção no espectro visível devido à transição d-d. Por fim, os resultados deste estudo mostraram que é possível obter um material cerâmico, dentro dos sistemas estudados, que apresente um comportamento de expansão térmica próxima à zero. / [en] Although the vast majority of materials dilates when heated and contract when cooled, there is a class of materials that contracts or does not change their dimensions when heated, presenting a negative thermal expansion coefficient (NTE) or close to zero (ZTE), respectively. The possibility of reducing the coefficient of thermal expansion while increasing its physical properties has been the main driving force in the search for crystalline phases within the A(2)M(3)O(12) family and its subfamilies. In the present study, we propose to synthesize two new systems, ZrMg(1-x)Zn(x)Mo(3)O(12) (x = 0.1, 0.3, 0.35, 0.4) and ZrMg(1-x)Ni(x)Mo(3)O(12) (x = 0.05; 0.1, 0.15, 0.2), to try to reduce the coefficient of thermal expansion of the ZrMgMo(3)O(12) phase. The solubility limit of Zn(2+) and Ni(2+) in the ZrMgMo(3)O(12) system is in the range of 0.35 less than or equal to x less than or equal to 0.4 and 0.1 less than or equal to x less than or equal to 0.2, respectively. The lowest coefficient of thermal expansion (alfa l=2.82x10(-7)K (-1)) was obtained for the composition x = 0.1 in the ZrMg(1-x)Zn(x)Mo(3)O(12)system in the temperature range of 213 K to 298 K. In this system, the phase transition from monoclinic to orthorhombic was observed, occurring below the room temperature for all compositions from x = 0.1 to x = 0.4. This transition temperature increases as the Zn(2+) composition increases. Analyzes of thermogravimetry indicated that the phases of the two systems are not hygroscopic. Applying the Kubelka-Munk equation, and considering an indirect transition to ZrMg(1-x)Zn(x)Mo(3)O(12), it was concluded that there are no significant differences in the band gap energy of the analyzed phases. However, for an indirect transition to ZrMg1-xNixMo3O12 there is a decrease in energy of the band energy, as Ni2+ content increases in composition, in addition to the appearance of absorption in the visible spectrum due to d-d transition. Finally, the results of this study showed that it is possible to obtain a ceramic material, within the systems studied, that presents a thermal expansion behavior close to zero.

[pt] O principal objetivo deste trabalho foi estudar o sistema Al2-xGaxW3O12 (x = 0,2; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 1; 2) visando compreender os efeitos da substituição parcial de Al3+ (r = 0,67 Angstrom) por Ga3+ (r = 0,76 Angstrom) em relação ao coeficiente de expansão térmica da fase Al2W3O12. Foi determinado que o limite de solubilidade de Ga3+ no sistema é x = 0,5, as composições x maior ou igual 0,6 evidenciaram, por difração de raios-X (DRX), a presença de WO3 como fase secundária. Os difratogramas das composições 0,2 menor ou igual x menor ou igual 0,5, a temperatura ambiente, apresentaram exclusivamente linhas características do sistema monoclínico (P21/a). A transição para a fase ortorrômbica (Pbcn), foi evidenciada por DRX in situ e dilatometria e ocorre abaixo de 100 C em todos os casos. A temperatura de transição de fase, determinada por dilatometria, aumentou conforme foi aumentada a incorporação de Ga3+ na estrutura cristalina. A análise termogravimétrica das composições monofásicas revelou que essas fases não são higroscópicas. Embora Al1,5Ga0,5W3O12, seja a composição monofásica com maior teor de Ga, a fase Al1.6Ga0.4W3O12 foi a que apresentou o menor coeficiente de expansão térmica linear, alfa L= 1.14 K -1, uma redução de 25 por cento quando comparado ao coeficiente linear de expansão da fase Al2W3O12. O refinamento pelo método de Rietveld do padrão de difração de raios-X obtido a 100 C da Al1.6Ga0.4W3O12 ortorrômbica, confirmou que o Ga3+ substituiu o Al3+ na proporção descrita pela fórmula química nominal e evidenciou que as distorções poliédricas, Al(Ga)O6 e WO4, foram maiores do que as observadas em fases desta família. A espectroscopia de Raman corroborou as análises de DRX quanto ao limite de solubilidade, porém, evidenciando que quantidades mínimas, indetectáveis por DRX, de Al2O3 e WO3 podem estar presentes nas composições x menor ou igual 0,5, quando a síntese é realizada pelo método de reação no estado sólido. Os gráficos de Kubelka-Munk do sistema Al2- xGaxW3O12 indicaram que a substituição parcial de parcial de Ga3+ por Al3+ aumenta o intervalo de banda em x menor ou igual 0,4, no entanto, foi observada uma saliência de absorção dentro da região do visível presente em todas as amostras, interpretada como uma conseqüência da presença de WO3 monoclínica, observada na espectroscopia Raman. A síntese da fase Ga2W3O12, não foi bem sucedida, embora a entalpia de formação deste composto, calculada por meio da equação generalizada de Kapustinskii e pelo ciclo de Born-Haber, seja fortemente exotérmica, ΔHF= −10149,15 Kj. mol -1. / [en] The aim of this work was to study the Al2-xGaxW3O12 system (x = 0.2, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 2) in order to investigate the relationship between the partial replacement of Al3+ (r = 67 Angstrom) by Ga3+ (r = 0.76 Angstrom) and the coefficient of thermal expansion on the Al2W3O12 phase. It was determined as limit of solubility of Ga3+ in Al2-xGaxW3O12 the sample 𝑥 = 0.5, once it was identified in the diffraction patter WO3 as a secondary phase in 𝑥 bigger or equal 0.6. Unlike Al2W3O12 which is orthorhombic (Pbcn) at room temperature, the phases 0.2 less or equal 𝑥 less or equal 0.5 in the Al2- xGaxW3O12 appeared, at room temperature, in the monoclinic system (P21/a). The transition to orthorhombic phase (Pbcn), determined by XRPD in situ and dilatometry, was observed below 100 C for all compositions. The phase transition temperature increases as the Ga3+ content was increased in the crystalline structure. The thermogravimetric analysis of the monophasic samples showed that they were not hygroscopic. Although the monophasic composition with the highest Ga3+ content was Al1.5Ga0.5W3O12, the phase Al1.6Ga0.4W3O12 presented the lowest linear coefficient of thermal expansion, alpha l = 1.14 K -1, a reduction of 25 percent comparing with the linear coefficient of thermal expansion of the phase Al2W3O12. The Rietveld fit to the orthorhombic Pbcn space group, of the Al1.6Ga0.4W3O12 diffraction pattern taken at 100 C, confirms that Ga3+ was replaced by Al3+ in the same proportion described in the nominal chemical formula, and showed that its polyhedral distortion , Al(Ga)O6 and WO4, is in a higher amount than generally noticed for other phases in this crystal family. The Raman spectroscopy corroborated the analyzes regarding the solubility limit, although it showed that the compositions 𝑥 less or equal 0,5 could have a minimum quantities, undetectable by XRPD, of Al2O3 and WO3, when synthesized by the solid state reaction method. Kubelka-Munk graphics of Al2-xGaxW3O12 suggest that the partial replacement of Al3+ by Ga3+ increases the band gap in x less or equal 0,4, however, the absorption of Al2-xGaxW3O12 in the visible region increase, this behavior is apparently caused by the presence of WO3, as deduced by Raman spectroscopy. Attempts to synthesize Ga2W3O12 was not successful, although the enthalpy of formation of this compound, calculated by Generalized Kapustinskii equation and the Born-Haber cycle, presented a high exothermic value, ΔHF = −10149,15 Kj. mol -1.

L’étude a pour objectif l’amélioration de la fiabilité des assemblages électroniques à travers la mise en œuvre de drains composites aluminium/fibres de carbone. Le travail a consisté à 1) modéliser, par la méthode des éléments finis, l’influence des propriétés thermiques et mécaniques du matériau de semelle sur l’assemblage életronique ; 2) élaborer (par frittage sous charge uniaxiale, frittage flash et extrusion à chaud) des matériaux composites aluminium/fibres de carbone ; et 3) lier les microstructures observées aux paramètres des procédés d’élaboration ainsi qu’aux propriétés thermiques et mécaniques mesurées. / This study has been done in order to improve power electronic devices reliability using aluminium/carbon fibres composites. This work has consisted in 1) determining, using finite elements method, the thermal and mechanical influence of the electronic base plate material; 2) elaborating (using hot pressing, spark plasma sintering and hot extrusion) aluminium/carbon fibres composites; and 3) linking the microstructures observed to the elaboration parameters and to the thermomechanical properties measured.

[pt] O objetivo deste estudo foi desenvolver compósitos à base de uma liga de AlSi (Alumix-231) com adição de 5 a 20 vol. por cento de sílica fundida, no intuito de reduzir o coeficiente de expansão térmica (CET), com relação ao da matriz, e manter as propriedades físicas do compósito, tais como densidade e dureza, ao menos no nível da matriz. Os compósitos foram desenvolvidos pela metalurgia do pó, primeiramente, prensados a 700 MPa e depois sinterizados em temperaturas entre 565 e 575 graus C por 90 min (condição T1). Os melhores resultados, em termos de redução da expansão térmica, foram alcançados após a sinterização a 565 graus C. Os compósitos com adição de 15 e 20 vol.por cento de sílica fundida exibiram coeficientes de expansão térmica tão baixos quanto 13,70 e 12,73 x 10(-6) graus C(-1) (entre 25 e 400 graus C), uma redução de 29,9 por cento e 34,8 por cento, respectivamente, em comparação com Alumix231 pura. Além disso, a densidade e a dureza desses compósitos não foram muito afetadas negativamente, pois sofreram apenas uma pequena diminuição, não superior a 6 por cento e 5 por cento, respectivamente. Em seguida, amostras sinterizadas a 565 graus C foram envelhecidas artificialmente a 160 graus C por 8 h (condição T6) e os Compósitos de Matriz Metálica (CMMs) com 15 e 20 vol. por cento de sílica fundida exibiram um aumento da dureza, cerca de 94,12 por cento e 64,71 por cento, respectivamente, em relação às amostras análogas na condição T1. Com relação à expansão térmica, houve redução dos CETs, em comparação com a liga pura envelhecida, de 27 por cento e de 32 por cento, respectivamente. Alumix-231 é uma nova e promissora liga e a sílica fundida, que nunca foi usada antes com o objetivo de reduzir sua expansão térmica, demonstrou ser uma cerâmica com aplicações promissoras como carga em compósitos de matrizes à base de Alumix-231 devido à sua expansão térmica próxima de zero e à sua baixa densidade. Como tal, os resultados obtidos mostraram que os compósitos de Alumix-231/sílica fundida são materiais potencialmente promissores para aplicações automotivas, candidatos a substituírem o ferro fundido (alta densidade, de 7,3 a 7,9 g cm(-3) , e CET de 13 x 10(-6) graus C(-1)). / [en] The goal of this study was to develop composites based on an Al-Si alloy (Alumix-231) with the addition of 5 to 20 vol. percent of fused silica, to reduce the coefficient of thermal expansion (CTE) in comparison to that of the matrix (Alumix-231), keeping the composite light and without impairing its physical properties, such as density and hardness. The composites were developed by powder metallurgy, first pressed at 700 MPa, and then sintered at temperatures between 565 and 575 degrees C for 90 min (T1 condition). The best results, in terms of reduced thermal expansion, were achieved after liquiq-phase sintering at 565 degrees C. Composites with the addition of 15 and 20 vol. percent of fused silica exhibited CTEs, as low as, 13.70 and 12.73 x 10(-6) degrees C(-1) (between 25 and 400 degrees C), a reduction of 29.9 percent and 34.8 percent, respectively, compared to neat Alumix-231. Furthermore, the density and hardness of these composites were not negatively affected, as these properties presented only a small decrease, not exceeding 6 percent and 5 percent, respectively. Then, samples sintered at 565 degrees C were artificially aged at 160 degrees C for 8 h (T6 condition), and MMCs-15 and 20 vol. percent exhibited an increase in hardness of about 94,12, percent and 64,71 percent, compared to T1 samples. Regarding thermal expansion, there was a reduction of CTEs, compared to the aged neat alloy, of 27 percent and 32 percent, respectively. Alumix-231 is a promising new alloy and fused silica, which has never been used before to reduce its thermal expansion, has shown to be a ceramic with promising applications as a filler in Alumix-231-based matrix composites, due to its thermal expansion close to zero. As such, the results obtained showed that Alumix231/fused silica composites are promising materials for automotive applications and new candidates to replace heavy cast iron components.

[pt] Este trabalho tem como objetivo estudar a expansão térmica extrínseca e intrínseca do Al2-xInxW3O12, suas transições de fase e higroscopicidade para as fases: x = 0,2; 0,4; 0,7 e 1. Os pós foram obtidos pelo método de co-precipitação. Esta técnica permite a produção de materiais cerâmicos avançados por meio de reações químicas suaves em temperaturas relativamente baixas usando em solução aquosa. A família Al2-xInxW3O12 faz parte do que se pode classificar como cerâmicas termomióticas (do grego thermo para calor e mio para contração) e pertence à família A2M3O12 (A = cátion trivalente, M = cátion hexavalente), com expansão térmica negativa ou quase zero. Este fato torna esta cerâmica uma candidata potencial em aplicações que requerem materiais com alta resistência ao choque térmico. Na literatura, encontramos poucos estudos sistemáticos que relatam parâmetros de interesse no sistema Al2-xInxW3O12, como os coeficientes de expansão térmica (CET) e suas transições de fase. Portanto, o presente trabalho tem como objetivo determinar os coeficientes de expansão intrínsecos (determinados por difração de raios X que é relativa às variações nos parâmetros de rede do material) e o coeficiente de expansão extrínseco (obtido por dilatometria que leva em consideração a variação intrínseca e também extrínseca, dimensões do material, estas últimas relacionadas a defeitos microestruturais) do sistema Al2-xInxW3O12, temperaturas de transição de fase (monoclínica e ortorrômbica) na faixa de x = 0,2 a x = 1. Além disso, este estudo pretende relatar a higroscopicidade deste sistema (usando termogravimetria). Os resultados mostraram que o Al2-xInxW3O12 adotou uma estrutura ortorrômbica em temperatura ambiente para as composições x = 0,2; 0,4; 0,7 e uma estrutura monoclínica para a composição x = 1. Na fase x = 1, uma transição de fase monoclínica para ortorrômbica ocorreu perto de 200 oC. Finalmente, o sistema Al2-xInxW3O12 apresentou baixa higroscopicidade nas quatro fases estudadas. / [en] The Al2-xInxW3O12 family is part of thermomiotic ceramics (from the Greek thermo for heat and mio for contraction) and belongs to the A2M3O12 family (A = trivalent cation, M = hexavalent cation), wich can show negative or near zero thermal expansion. This fact makes this ceramic a potential candidate in applications that require materials with high resistance to thermal shock. In the literature, we found few systematic studies that report parameters of interest in Al2-xInxW3O12 system such as the coefficients of thermal expansion (CTE) and its phase transitions. Therefore, the present work aims to determine the intrinsic coefficients of expansion (determined by X-ray diffraction that is relative to variations in the material s lattice parameters) and the extrinsic coefficient of expansion (obtained by dilatometry which takes into account intrinsic and also extrinsic variations in dimension, these later related to microstructural defects) of Al2-xInxW3O12, phase transition temperatures (monoclinic to orthorhombic) in the range between x = 0.2 to x = 1. In addition, this study intends to report hygroscopicity of this system (using thermogravimetry). The results showed that Al2-xInxW3O12 adopted an orthorhombic structure at room temperature (RT) for x = 0.2; 0.4; 0.7 compositions and monoclinic structure for x = 1 composition. In x = 1 phase, a monoclinic to orthorhombic phase transition occurred close to 200 oC. Finally, the Al2-xInxW3O12 system presented low hygroscopicity in all four studied phases.

International Telemetering Conference Proceedings / October 28-31, 1996 / Town and Country Hotel and Convention Center, San Diego, California / Eutectic (63% tin-37% lead) or near-eutectic (40% tin-60% lead) tin-lead solder is widely used for creating electrical interconnections between the printed wiring board (PWB) and the components mounted on the board surface. For components mounted directly on the PWB mounting pads, that is, surface mounted components, the tin-lead solder also constitutes the mechanical interconnection. Eutectic solder has a melting point of 183°C (361°F). It is important to realize that its homologous temperature, defined as the temperature in degrees Kelvin over its melting point temperature (T(m)), also in degrees Kelvin, is defined as T/T(m). At room temperature (25°C = 298K), eutectic solder's homologous temperature is 0.65. It is widely acknowledged that materials having a homologous temperature ≥ 0.5 are readily subject to creep, and the solder joints of printed wiring assemblies are routinely exposed to temperatures above room temperature. Hence, solder joints tend to be subject to both thermal fatigue and creep. This can lead to premature failures during service conditions. The geometry, that is, the lead configuration, of the joints can also affect failure. Various geometries are better suited to withstand failure than others. The purpose of this paper is to explore solder joint failures of dual in-line (DIP) integrated circuit components, leadless ceramic chip carriers (LCCCs), and gull wing and J-lead surface mount components mounted on PWBs.