Orientador: Noé Cheung

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: O desenvolvimento de materiais de interface térmica (TIMs) eficientes tornou-se uma demanda emergente, impulsionada principalmente pelo aumento contínuo da dissipação de energia térmica de microprocessadores de alto desempenho. Nesse contexto, ligas à base de bismuto estão entre os tipos...

Resumo: O desenvolvimento de materiais de interface térmica (TIMs) eficientes tornou-se uma demanda emergente, impulsionada principalmente pelo aumento contínuo da dissipação de energia térmica de microprocessadores de alto desempenho. Nesse contexto, ligas à base de bismuto estão entre os tipos promissores de TIMs para aplicações eletrônicas. No entanto, o efeito do arranjo microestrutural nas propriedades mecânicas, térmicas e químicas das ligas Bi-Ni e Bi-Ni-Sn ainda é pouco compreendida. Diante disso, este estudo tem como objetivo desenvolver correlações quantitativas entre microestrutura e propriedades resultantes das ligas Bi-0,28%Ni e Bi-0,28%Ni-0,28%Sn solidificadas substratos comumente utilizados na indústria eletrônica (Cu, Ni e Fe-36%Ni) e aço 1020 para comparação, compreendendo uma ampla faixa de taxa de resfriamento e velocidade de deslocamento da isoterma eutética/liquidus. Além do diagrama de fases calculado pelo software Thermo-Calc (banco de dados SSOL6) e da análise por calorimetria diferencial, a caracterização dos compostos intermetálicos Bi3Ni e Ni3Sn2 foi também realizada através de difração de raios-x e microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva por raios-x. As ligas investigadas apresentaram morfologia microestrutural "plate-like" com a ocorrência de instabilidades laterais (corrugações) para determinadas condições de resfriamento. Leis de crescimento do espaçamento microestrutural em função das variáveis térmicas de solidificação foram propostas sendo representadas pelos expoentes -0,55 e -1,1 para taxa de resfriamento e velocidade da isoterma eutética/liquidus, respectivamente. Os resultados obtidos nos testes de microdureza e nos ensaios de tração das ligas analisadas foram correlacionados com a microestrutura resultante. A interação liga/substrato foi avaliada através de ensaio de molhabilidade e valores dos ângulos de contato foram confrontados com o coeficiente de transferência de calor obtido por um modelo numérico de transferência de calor baseado no método das diferenças finitas. A resistência a corrosão das ligas estudadas foi analisado por espectroscopia de impedância eletroquímica e polarização linear. Adicionalmente, foi realizado o ensaio de pares galvânicos com a liga binária e os substratos de Cu e Ni

Abstract: The development of efficient thermal interface materials (TIMs) has become an emerging demand mainly driven by the continual rise in thermal energy dissipation of high-performance microprocessors. In this context, bismuth-based alloys are among the promising types of TIMs for electronic...

Abstract: The development of efficient thermal interface materials (TIMs) has become an emerging demand mainly driven by the continual rise in thermal energy dissipation of high-performance microprocessors. In this context, bismuth-based alloys are among the promising types of TIMs for electronic applications. However, the effect of microstructural arrangement on mechanical, thermal and chemical properties of Bi-Ni and Bi-Ni-Sn alloys remains barely understood. Therefore, this study aims to develop quantitative correlations between microstructure and resulting properties of Bi-0.28wt.%Ni and Bi-0.28wt.%Ni-0.28wt.%Sn alloys solidified on substrates commonly used in the electronics industry (Cu, Ni and Fe-36% Ni) and 1020 steel for comparison, comprising a wide range of cooling and growth rates. In addition to the phase diagram calculated by the Thermo-Calc software (SSOL6 database) and differential scanning calorimetry analysis, the characterization of Bi3Ni and Ni3Sn2 intermetallic compounds was also carried out using X-ray diffraction and SEM microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy. The studied alloys presented plate-like microstructural morphology with the occurrence of lateral instabilities (corrugations) for certain cooling conditions. Growth laws of the microstructural spacing as function of the thermal solidification variables were proposed, being represented by the -0.55 and -1.1 exponents for cooling rate and growth rate, respectively. The results of microindentation hardness and tensile tests of the analyzed alloys were correlated with the resulting microstructure. The alloy/substrate interaction was evaluated through the wettability test and the contact angles were correlated with the heat transfer coefficient which was obtained by a numerical heat transfer model based on the finite difference method. The corrosion resistance of the studied alloys was analyzed using electrochemical impedance spectroscopy and linear polarization. Moreover, galvanic couple tests were carried out with the binary alloy and the Cu and Ni substrates

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