STUDIES ON THE THERMAL BEHAVIOUR OF PARTICLE FILLED EPOXY USED IN MICROELECTRONIC DEVICES

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji Ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2026

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: ESİN AKÇA

Danışman: Cevdet Kaynak

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu çalışmanın temel amacı, mikroelektronik cihazlarda kullanılan epoksi reçinenin ısıl performansı üzerine %10, %20 ve %40 ağırlıkça mikron boyutlu parçacıkların (alüminyum nitrür, alüminyum oksit, silikon nitrür, silikon oksit) etkilerini incelemektir. Numuneler, çözelti karıştırma tekniği ile hazırlanmış, ardından kalıplama ve kürleme işlemleri uygulanmıştır. Her bir parçacık türü arasında küçük farklılıklar bulunmakla birlikte, gerçekleştirilen çeşitli ısıl analizler, tüm parçacıklar için dolgu miktarının artmasının epoksi reçinenin ısıl performansını belirgin şekilde iyileştirdiğini ortaya koymuştur. Bu tür cihazların ısıl performansını etkileyen en önemli özelliklerden biri ısı iletkenliği (λ)'dir. Çalışma sırasında oluşan ısının, yeterli bir ısı iletkenliği seviyesini gerektiren ısı yayılımı yoluyla ortamdan uzaklaştırılması gerekmektedir. Bu çalışmada, %40 ağırlıkça dolgu kullanımı, saf epoksinin ısı iletkenliği değerini (0,15 W/m·K) üç kattan fazla artırmıştır. Cihazların çalışma sürecinde karşılaşılan bir diğer önemli sorun ise, cihazda kullanılan farklı malzemelerin ısıl genleşme katsayılarının (α) farklı olmasından kaynaklanan ve boyutsal kararsızlık nedeniyle fonksiyon kaybına yol açabilen "ısıl gerinim uyumsuzluğu"nun oluşmasıdır. Bu çalışmada, %40 ağırlıkça dolgu kullanımı ile epoksinin ısıl genleşme katsayısı 49×10⁻⁶/K değerinden 28×10⁻⁶/K değerine düşmüş olup, bu durum yaklaşık %43'lük bir azalmaya karşılık gelmektedir. Isıl performans aynı zamanda camsı geçiş sıcaklığı (Tg) değerlerine de bağlıdır. Bu çalışmada, %40 ağırlıkça dolgu kullanımı, saf epoksinin Tg değerini 51°C'den 68°C'ye yükseltmiş, yani 17°C'lik bir artış sağlamıştır. Benzer şekilde, %40 ağırlıkça dolgu kullanımı saf epoksinin ısıl bozunma sıcaklığını (Td) 324°C'den 356°C'ye çıkarmış, bu da 32°C'lik bir artışa karşılık gelmektedir. Ayrıca, tüm parçacıkların ilave edilmesinden sonra saf epoksi reçinenin lap-shear yapışma dayanımında herhangi bir azalma olmadığı da ortaya konmuştur. Buna ek olarak, bu parçacıklar 25°C ve 50°C'de ölçülen Depolama Modül değerleri açısından saf epoksinin mekanik rijitliğini de artırmıştır.