סמינר המחלקה להנדסת מכונות
התנהגות חומרי צימוד תרמי בסביבת ולידציה
מגיש: מאור ברדיצ'בסקי
מקור הפרויקט: אינטל
מנחה: פרופ' מיכאל רגב
תקציר:
חומרי צימוד תרמי אומצו באופן נרחב לצורך שיפור פיזור הספק החום במעבדות הולידציה של אינטל, אך החומרים הנוכחיים אינם מספיקים כדי לעמוד בדרישות מפת הדרכים העתידית של אינטל בשל גורמים כמו גדילה בזרם זליגה וצפיפות הספק שגדלה מדור לדור. הפרויקט עוסק בחקר התנהגות חומרי צימוד תרמי (TIM) בסביבת ולידציה, תוך שאיפה לשפר את פינוי החום, להוזיל את בדיקת המוצרים הרגילים באמצעות איתור TIM חילופי, ולבחון דגרדציה ב-TIM בעל הביצועים הטובים ביותר.
במסגרת הניסויים, נעשה שימוש במערכת בדיקה מתקדמת הכוללת ספק כח, אמצעי לבדיקה תרמית (Thermal Testing Vehicle – TTV), כרטיס בדיקות (Electronic Test Board – ETB), מנגנון לחיצה עם מד כוח, ראש תרמי עם טרמוקפל ומחשב לקריאת הנתונים. ה-TTV, אשר פותח במעבדות אינטל, מדמה מעבר חום במעבד אמיתי וכולל מערכת מחממים וחיישני טמפרטורה, המאפשרים מדידה מדויקת של ההתנגדות התרמית.
ה-TIM המשמש כיום במעבדה (VcTIM) הציג התנגדות תרמית גבוהה יותר מכלל החומרים בלחצים גבוהים, מה שמעלה את הסבירות לאיתור חומר חליפי. הממצאים מצביעים על כך שחומר Hitachi TC-HM03 הציג את ההתנגדות התרמית הנמוכה ביותר בלחצים של 0.1[MPa] ו-0.2[MPa], בהתאם להצהרת היצרן על ייעודו ללחצים נמוכים. החומר GT90PROA9 נמצא כאופציה חלופית ל-VcTIM, עם ביצועים תרמיים טובים יותר בפרט בלחצים נמוכים, והציג שיפור של עד 40% בהשוואה לגריז בלחצים גבוהים.
בניסוי השני, ניתוח טופוגרפיית פני השטח של החומרים לאחר 600 מחזורי לחיצה (איור 1) הראה כי הגרפיט אינו משטח רציף וחלק, אלא בנוי ממשטחים דחוסים רבים בעלי טופוגרפיות שונות. לאחר 600 מחזורי לחיצה, טופוגרפיית פני השטח נפגמת ונראים שטחים כהים רבים יותר, המצביעים על הפרשי גבהים גדולים יותר. סריקה תלת מימדית של האזור הנבדק הראתה אזורים גדולים המכוסים בחומר ההרטבה, מה שמעלה את ההתנגדות למגע בחלקים נרחבים על פני משטח ה-VcTIM.
המחקר מצביע על פוטנציאל משמעותי לשיפור הביצועים התרמיים והוזלת עלויות הבדיקות באמצעות שימוש בחומרים חלופיים, תוך הבנה מעמיקה של ההתנהגות התרמית והמכאנית של חומרי ה-TIM בסביבת ולידציה.
איור 1 – טופוגרפיית פני השטח של דגם ה-VcTIM לאחר 600 לחיצות