Title

LIGA EUTÉTICA BI-0,28%NI COMO MATERIAL DE INTERFACE TÉRMICA (TIM): MICROESTRUTURA E PROPRIEDADES EM TRAÇÃO

BI-0.28WT.%NI EUTECTIC ALLOY AS THERMAL INTERFACE MATERIAL (TIM): MICROSTRUCTURE AND TENSILE PROPERTIES

Authorship

Cruz, Clarissa Barros da; Barros, André dos Santos; Kakitani, Rafael; Lima, Thiago Soares; Garcia, Amauri; Cheung, Noé

DOI

10.5151/2594-5300-33627

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Abstract

Materiais de interface térmica (Thermal Interface Materials - TIMs) são responsáveis pela troca térmica entre a fonte geradora de calor do processador integrado e o dissipador de calor. Devido ao seu baixo ponto de fusão, boa fluidez e cumprimento com as exigências de regulamentação (Restriction of Hazardous Substances - RoHS), ligas à base de bismuto têm sido investigadas para aplicação como TIMs de alta performance. Neste contexto, a análise das propriedades dessas ligas em função de parâmetros microestruturais torna-se, portanto, de elevado interesse científico e tecnológico para o setor eletrônico. Assim, este trabalho tem como objetivo desenvolver correlações entre propriedades de resistência à tração e a microestrutura da liga Bi-0,28%Ni solidificada sob um intervalo de taxas de resfriamento usualmente obtido em processos industriais. Por meio de microscopias óptica e eletrônica de varredura foi observada uma morfologia tipicamente eutética lamelar, composta por lamelas ricas em bismuto com o intermetálico Bi3Ni nos contornos. Os espaçamentos lamelares (λL) foram, então, correlacionados com os parâmetros térmicos de solidificação, sendo propostas leis experimentais de crescimento microestrutural. Ao fim, observou-se que, para λL < 101 μm, equações do tipo Hall-Petch caracterizam a variação do limite de resistência à tração e do limite de escoamento.

 

Thermal interface materials (TIMs) are responsible for the thermal exchange between the heat source of the integrated processor and the heatsink base. Due to their low melting point, good fluidity and compliance with regulatory requirements (Restriction of Hazardous Substances - RoHS), bismuth-based alloys have been investigated for application as high performance TIMs. In this context, the analysis of the properties of these alloys as functions of microstructural parameters becomes, therefore, of high scientific and technological interest for the electronic industry. Thus, this work aims to develop correlations between tensile properties and the microstructure of the Bi-0.28wt.%Ni alloy processed by an upward directional solidification technique under a range of cooling rates usually obtained in industrial processes. By means of optical and scanning electron microscopy, a typical lamellar eutectic morphology was observed, composed of lamellae bismuth-rich with the Bi3Ni intermetallic phase in the interlamellar region. Then, the lamellar spacings (λL) were correlated with solidification thermal parameters to propose microstructural growth laws. Finally, it was observed that, for λL <101 μm, Hall-Petch type equations characterize the variation of both the ultimate tensile strength and the yield strength.

Keywords

Solidificação; Microestrutura; Propriedades mecânicas

Solidification; Microstructure; Mechanical properties