Mikro elektronik cihazların termal özelliklerinin keşfedilmesi OTOMASYON EURASIA Elektronik ve mikro elektronik cihazların geliştirilmesinde geçici termal bilgiler, bir cihazın veya belirli bir cihaz parçasının düzgün çalıştığını doğrulamada hayati öneme sahiptir. Dahası, yeni nesil mikro elektronik cihazların performansı, mikro elektronik cihazlarda kullanılan farklı malzemelerin termofiziksel özelliklerinin daha iyi anlaşılmasına bağlı olacaktır. Arlington’daki Teksas Üniversitesi Mikro Ölçekli Termofizik Laboratuvarı’nın başkanı olan Dr. Ankur Jain’in ekibi, mikro ölçekli ıs transferine ilişkin konularda kapsamlı bir çalışma yürütmektedir. Laboratuvar, FLIR Systems tarafından geliştirilen termal görüntüleme kameralarının da dâhil olduğu çeşitli modern donanımlardan ve cihazlardan yararlanmaktadır. Minyatürleştirme, bundan önceki birkaç nesil boyunca mikro elektronik endüstrisinde kilit bir gelişme olmuştur. Daha küçük cihazlar, daha yüksek işletme hızları ve daha kompakt sistemler sunabilir. Nanoteknoloji ve ince film işleme endüstrisindeki fotovoltaik hücreler, termoelektrik malzemeler ve mikro elektromekanik sistemler (MEMS) gibi gelişmeler, teknoloji alanlarında geniş kapsamda yer bulmuştur. Bu malzemelerin ve cihazların termal özellikleri, söz konusu mühendislik sistemlerinin sürekli olarak geliştirilmesinde kritik bir öneme sahiptir. Ancak, bu sistemlerde ısı transferine ilişkin bazı şüpheler vardır. Bu şüphelerin etkili bir şekilde giderilmesi için, mikro ölçekteki malzemelerde ısı transferinin yapısının tam olarak anlaşılması şarttır. ÜÇ boyutlu tümleŞik devrelerde ısı yayılımı Dr. Ankur Jain, araştırmacılarıyla birlikte mikro ölçekli ısı transferi, enerji dönüştürme sistemleri, yarı iletken ısı yönetimi, biyo-ısı transferi ve ilgili konular üzerinde çalışmalar yaptığı Micro Ölçekli Termofizik Laboratuvarı’na liderlik etmektedir. Üç boyutlu tümleşik devrelerde (ICs) ısı yayılımı önemli bir teknoloji sorunudur ve geçmiş on veya yirmi yıl içinde muazzam boyutlarda araştırma yapılmış olmasına rağmen bu teknolojinin geniş çapta benimsenmesinin önünü tıkamıştır. Bu nedenle, Micro Ölçekli Termofizik Laboratuvarı’ndaki araştırmacılar, üç boyutlu tümleşik devrelerin en önemli termal niteliklerini ölçmek için deneyler yürütmekte ve üç boyutlu tümleşik devrede ısı transferini anlamak için analitik modeller geliştirmektedir. Sıcaklık alanlarının ölÇülmesi İnce film malzemeler, daha en başından beri mikro elektronik cihazların hayati bir özelliği olmuştur ve çipteki çeşitli işlevlerin çalışmasını sağlamaktadır. İnce filmlerin termal davranışını tam olarak anlamak için, termal özellikleri, birikme süreciyle bağlantılı olarak gelişen mikro yapı ve morfoloji ile ilişkilendirebilmemiz gerekir. Böylece iletkenlik, hacim modülü, yoğunluk ve termal sınır dirençleri gibi özelliklerin araştırılması mümkün olacaktır. 70 World of Industries 1/2016
MAKINE VIZYONU Dr. Ankur Jain şunları ifade etmektedir: “Mikro cihazdaki bir sıcaklık alanının zaman içindeki gelişimiyle özel olarak ilgileniyoruz”. “Maddenin termal özelliklerini ölçerek, mikro ölçekli ısı transferinin temel yapısını anlamaya çalışıyoruz.” Elektronik cihazlarda ısı, genellikle cihazın ana işlevinin istenmeyen bir yan etkisidir. Bu yüzden, ince filmlerdeki geçici termal fenomenin tam olarak anlaşılması önemlidir. “Bir mikro sistemdeki ısı akışının nasıl gerçekleştiğini öğrenerek, aşırı ısınma sorunlarını asgari seviyeye indirebiliriz. Bu da, daha iyi mikro sistemler tasarlamamızı ve malzeme konusunda daha akılcı seçimler yapmamızı mümkün kılar. Örneğin; farklı ince film türlerinin ısı transferi özelliklerini karşılaştırmak için bir çalışma yürüttük.” “Tipik bir test sürecinde, malzemedeki mikro ısıtıcı hatlarını güç kaynağına bağlarız. Çok küçük miktarda akım vererek, cihazı Jul ısıtması yoluyla ısıtırız. Bu sayede, malzemenin sıcaklık alanı zamanın bir fonksiyonu olarak gelişir.” Termal görüntüleme kameraları Mikro elektronik cihazlardaki sıcaklığı ölçmek için, Dr. Ankur Jain’in ekibi, ısıl çiftler dâhil olmak üzere çok çeşitli tekniklerden yararlanmıştır. Bu tekniğin temel sorunlarından biri, ısıl çiftlerin yalnızca tek bir noktadaki sıcaklık değerlerini ölçmesidir. Dr. Jain, sıcaklık alanının daha bütüncül ve belirgin bir görünümü için, FLIR tarafından geliştirilen termal görüntüleme kameralarını kullanmaya karar vermiştir. FLIR A6703sc termal görüntüleme kamerası, elektronik cihaz denetimleri, tıbbi termografi, imalat izleme ve hasarsız test süreçleri için tasarlanmıştır. Kamera, yüksek hızlı termal etkinlikleri ve hızlı hareket eden hedefleri kayda almak için idealdir. Kısa çekim süreleri, kullanıcıların hareketi dondurmasını ve hatasız sıcaklık ölçümleri elde etmesini mümkün kılar. Kameranın görüntü çıkışı, çok daha hızlı termal etkinliklerin karakterini doğru şekilde tespit edebilmek için kare hızlarını saniyede 480 kareye kadar artırabilecek şekilde ayarlanabilir ve böylece test sırasında kritik verilerin gözden kaçırılmamasını sağlar. Dr. Ankur Jain şunları belirtmektedir: “Üzerinde çalıştığımız cihazlardaki termal fenomen çok hızlı bir şekilde meydana gelmektedir ve tek nokta ölçümlerinin aksine tam kapsamlı bilgilere ihtiyacımız vardır”. “FLIR A6703sc, deneylerimiz süresince bize yardımcı oldu; çünkü bu kamera bize, ölçümü yapılan cihaza ilişkin çok ince detaylar verdi.” AraŞtırmalar ve bilimsel uygulamalar iÇin termal analiz yazılımı Dr. Ankur Jain’in ekibi, araştırmalar ve bilimsel uygulamalar için ayrıca FLIR tarafından geliştirilmiş ResearchIR analiz yazılımını da kullanmaktadır. ResearchIR, kamera sistemi komutları ve kumandası, yüksek hızlı veri kaydı, gerçek zamanlı veya sonradan oynatma analizi ve raporlama için güçlü ve kullanımı kolay bir termal analiz yazılımı paketidir. Dr. Ankur Jain şunları ifade etmektedir: “FLIR tarafından geliştirilen ResearchIR yazılımı, ekibimizde oldukça kullanışlı olduğunu kanıtlamıştır”. “Özellikle termal kayıtlarımızı kaydedebilmesi ve bu kayıtların sonraki analizler için farklı bilgisayarlar arasında paylaşılabilmesi çok yararlı olmuştur. ResearchIR, bizimle diğer ekipler arasında olduğu kadar kendi ekibimiz içinde de işbirliğini muazzam ölçüde artırmıştır. Fotoğraflar: Fotolia, Flir Systems Inc. www.flir.com 01 Flir ‘A6703sc’, yüksek hızlı termal etkinlikleri ve hızlı hareket eden hedefleri kayda almak için idealdir 02 Tipik bir test sürecinde, malzemedeki mikro ısıtıcı hatları güç kaynağına bağlanır. Cihaz, Jul ısıtmasıyla ısıtılır. Bu sayede, malzemenin sıcaklık alanı zamanın bir fonksiyonu olarak gelişir Flir hakkında Oregon-ABD merkezli Flir Systems, dünyanın en büyük şirketlerinden biri olup, termal görüntüleme kameralarının, bileşenlerinin ve görüntü sensörlerinin tasarımında ve üretiminde uzmandır. Şirketin tüm dünyada 2700’ü aşkın çalışanı vardır ve yıllık 1,5 milyar dolar ciroya sahiptir. 03 Ankur Jain: “FLIR tarafından geliştirilen ResearchIR yazılımı, bizimle diğer ekipler arasında olduğu kadar kendi ekibimiz içinde de işbirliğini muazzam ölçüde artırmıştır.” World of Industries 1/2016 71
