Resumo: Dissipadores de calor recobertos com filmes de diamante CVD foram desenvolvidos para acoplar a semicondutores, utilizando-se do Laboratório de Deposição de Filmes de Diamante CVD, na UNESP - Campus de Guaratinguetá e o Laboratório de Diamantes da Universidade São Francisco, em Itatiba, SP. Analisou-se o filme de diamante CVD sobre o silício, para emprego como dissipador de calor, porque o filme de diamante CVD pode ter o valor da condutividade térmica até cinco vezes superior ao do cobre e de dez vezes a do alumínio. Os filmes foram obtidos via deposição através de reator de filamento quente, trabalhando-se com vários filamentos retilíneos em paralelo, resultando assim em um processo que visou obter um filme mais uniforme e com grande área de deposição. Os dados para análises da composição química superficial dos filmes foram obtidos por Difração de Raios-X, Dispersão de Energia de Raios-X e para a verificação da morfologia e espessura do filme foi utilizada a Microscopia Eletrônica de Varredura. Para a verificação do comportamento da temperatura sobre o dissipador com o filme de diamante CVD foi utilizada uma câmera de imagem termográfica, marca Fluke, modelo Ti 40 FT. Foram obtidos filmes de 2 e 10 μm sobre o silício. Estas espessuras ainda não oferecem um desempenho mecânico que o torne autosustentado. Do ponto de vista de desempenho térmico as análises mostraram que, mesmo com pequena espessura, o filme de diamante CVD apresentou bom resultado experimental. Os principais desafios de construção para esse dissipador de calor são a obtenção do filme com espessura acima de um mm e a garantia da qualidade do filme com a repetitividade do processo em cujo caso torna-se necessário definir as dimensões do dissipador antes da deposição do filme. / Abstract: Heat sinks recovered with policrystalized CVD diamond films were developed to apply in semiconductors, using the facilities of the CVD diamond Laboratory - UNESP-Campus de Guaratinguetá and the Diamond Laboratory at the São Francisco University, Itatiba - SP. The analysis of the CVD diamond film deposited on silicon intended for semiconductor heat sinks was due to the fact that the CVD diamond film presents a higher thermic conductivity up to five times in comparison to copper and ten times as compared to aluminum. The films were obtained by the hot filament reactor deposition, in which several straight filaments were placed in parallel so to acquire a uniform film covering a large deposition area. Data for the superficial chemical composition for the film analysis were gathered from the results of the X-ray Diffraction and Energy Dispersive X-ray. The electronic microscopy scanning was employed for the morphological identity and thickness of the film. A Fluke camera model Ti 40 FT specifically intended for thermografic image was employed to register the temperature behavior in the heatsinks deposited with CVD diamond film. Film depositions with 2 and 10 μm were obtained on silicon. Meanwhile, these thickness do not offer a mechanic performance to make them self sustained. From the thermal performance point of view those analysis demonstrated that, although the thin thickness of the CVD diamond film deposition it presented good experimental results. The main challenge in the construction of this kind of heatsink is in building the film thickness higher than 1 mm and the guarantee of the film quality maintaining the process repetitivity. Moreover, once the film has been deposited, it is impractical to try to cut it to any other dimensions in which case it becomes necessary to prepare the material to dimension before the CVD diamond film deposition.

Orientador: Ailton Akira Shinoda / Banca: Amarildo Tabone Paschoalini / Banca: Marcio Antonio Bazani / Banca: Thiago Antonini Alves / Banca: Valtemir Emerencio do Nascimento / Resumo: Quando equipamentos e dispositivos eletrônicos são desenvolvidos, o conhecimento de todas as características do projeto é imprescindível. Certos circuitos eletrônicos apresentam componentes com elevada dissipação térmica devido à potência, podendo acarretar problemas no produto desenvolvido. Os componentes eletrônicos, em sua maioria, apresentam um limite em relação à temperatura, tal propriedade é denominada temperatura de junção, temperatura na qual o die do componente eletrônico se encontra. Se a temperatura de junção for excedida, o componente eletrônico poderá apresentar um comportamento inadequado ou até mesmo a parada total de suas atividades. O ideal é que o projeto elétrico e térmico avancem concomitantemente no desenvolvimento do equipamento, de modo a se obter um produto otimizado. Uma maneira eficiente de avaliar o comportamento térmico dos equipamentos eletrônicos é através de simulações computacionais em softwares de Computational Fluid Dynamics (CFD). O emprego dessa ferramenta não é trivial pela dificuldade da elaboração do modelo numérico. Além disso, alguns valores dos parâmetros necessários do modelo numérico, muitas vezes, não são conhecidos. Um exemplo típico é a potência térmica dissipada dos componentes eletrônicos, não dos elementos passivos como resistores ou capacitores, mas dos circuitos integrados (CIs). Os CIs possuem uma estrutura interna complexa contendo milhares ou até milhões de transistores. Outro exemplo é a placa de circuito impresso (PCI) com vários componentes eletrônicos no seu interior. Neste contexto, esta tese propõe uma metodologia para a obtenção de um modelo numérico correlacionado que pode ser extrapolado para um cenário desejado e a partir deste conhecer o campo de temperatura e de velocidade do equipamento. A metodologia é baseada em uma correlação entre o modelo numérico simplificado e teste... / Abstract: When electronic equipment and devices are developed, the knowledge of all the features of this project is essential. Some electronic circuits have components with high thermal power dissipation, which can cause problems to the product developed. The electronic components have a limit on the temperature, such property is called junction temperature. If the junction temperature is exceeded, the electronic components will display inappropriate behavior or even a complete stop their activities. Ideally, the electrical design and thermal design concurrently advance in the development of the equipment in order to obtain an optimum product. A efficient way to meet the thermal performance of electronic equipment is through computer simulations in Computational Fluid Dynamics (CFD) software. However make use of this tool can be difficult. The difficulty is creating the numerical model. For this procedure is necessary to know some variables that are unknown. The thermal power dissipation of electronic components, not resistors or capacitors, but integrated circuits that has in its interior a very complex structure containing thousands or millions of transistors is an example. The complex structures of the geometries to be modeled that are inside electronic components and PCBs are other examples. In this context, this thesis proposes a methodology based on numerical correlations and experimental tests in order to know the device's temperature range designed running in a desired situation. The methodology is based on a correlation between the simplified numerical model and experimental test. The thermal simulation methodology presented in this thesis brings contributions to the thermal management in the design of electronic equipment. The approach allows doing numerical simulations of equipment for a desired scene and the results assist in project analysis, particularly in reliability and lifetime of electronic ... / Doutor

Made available in DSpace on 2015-12-10T14:24:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-08-27. Added 1 bitstream(s) on 2015-12-10T14:30:54Z : No. of bitstreams: 1 000853517.pdf: 10039902 bytes, checksum: fe50ea8c5730317d053572b1a9f96429 (MD5) / Quando equipamentos e dispositivos eletrônicos são desenvolvidos, o conhecimento de todas as características do projeto é imprescindível. Certos circuitos eletrônicos apresentam componentes com elevada dissipação térmica devido à potência, podendo acarretar problemas no produto desenvolvido. Os componentes eletrônicos, em sua maioria, apresentam um limite em relação à temperatura, tal propriedade é denominada temperatura de junção, temperatura na qual o die do componente eletrônico se encontra. Se a temperatura de junção for excedida, o componente eletrônico poderá apresentar um comportamento inadequado ou até mesmo a parada total de suas atividades. O ideal é que o projeto elétrico e térmico avancem concomitantemente no desenvolvimento do equipamento, de modo a se obter um produto otimizado. Uma maneira eficiente de avaliar o comportamento térmico dos equipamentos eletrônicos é através de simulações computacionais em softwares de Computational Fluid Dynamics (CFD). O emprego dessa ferramenta não é trivial pela dificuldade da elaboração do modelo numérico. Além disso, alguns valores dos parâmetros necessários do modelo numérico, muitas vezes, não são conhecidos. Um exemplo típico é a potência térmica dissipada dos componentes eletrônicos, não dos elementos passivos como resistores ou capacitores, mas dos circuitos integrados (CIs). Os CIs possuem uma estrutura interna complexa contendo milhares ou até milhões de transistores. Outro exemplo é a placa de circuito impresso (PCI) com vários componentes eletrônicos no seu interior. Neste contexto, esta tese propõe uma metodologia para a obtenção de um modelo numérico correlacionado que pode ser extrapolado para um cenário desejado e a partir deste conhecer o campo de temperatura e de velocidade do equipamento. A metodologia é baseada em uma correlação entre o modelo numérico simplificado e teste... / When electronic equipment and devices are developed, the knowledge of all the features of this project is essential. Some electronic circuits have components with high thermal power dissipation, which can cause problems to the product developed. The electronic components have a limit on the temperature, such property is called junction temperature. If the junction temperature is exceeded, the electronic components will display inappropriate behavior or even a complete stop their activities. Ideally, the electrical design and thermal design concurrently advance in the development of the equipment in order to obtain an optimum product. A efficient way to meet the thermal performance of electronic equipment is through computer simulations in Computational Fluid Dynamics (CFD) software. However make use of this tool can be difficult. The difficulty is creating the numerical model. For this procedure is necessary to know some variables that are unknown. The thermal power dissipation of electronic components, not resistors or capacitors, but integrated circuits that has in its interior a very complex structure containing thousands or millions of transistors is an example. The complex structures of the geometries to be modeled that are inside electronic components and PCBs are other examples. In this context, this thesis proposes a methodology based on numerical correlations and experimental tests in order to know the device's temperature range designed running in a desired situation. The methodology is based on a correlation between the simplified numerical model and experimental test. The thermal simulation methodology presented in this thesis brings contributions to the thermal management in the design of electronic equipment. The approach allows doing numerical simulations of equipment for a desired scene and the results assist in project analysis, particularly in reliability and lifetime of electronic ...