Modern elektronik dünyasında, bir cihazın performansı artık işlemci hızıyla değil, ne kadar iyi soğutulabildiğiyle sınırlıdır. 5G baz istasyonları, yüksek güçlü lazerler ve elektrikli araç (EV) güç modülleri, inanılmaz miktarda ısı üretir.
Bakır ve alüminyum mükemmel iletkenlerdir, ancak kritik bir kusurları vardır: Isındıklarında çok fazla genleşirler. İşte bu noktada Molibden (Mo) Tozu ve onun toz metalurjisi ile üretilen alaşımları devreye girer. Molibden, sadece ısıyı iletmekle kalmaz; aynı zamanda hassas elektronik bileşenlerin “çatlamadan” çalışmasını sağlayan mekanik bir kalkan görevi görür.
1. Molibdenin Termofiziksel Üstünlüğü
Saf Molibden, bir refrakter (yüksek sıcaklığa dayanıklı) metal olarak, nadir bulunan özelliklerin bir kombinasyonuna sahiptir.
-
Yüksek Isıl İletkenlik: Oda sıcaklığında yaklaşık 138-142 W/m·K değerine sahiptir. Bu, çelikten kat kat üstündür ve tungsten ile benzer seviyededir.
-
Yüksek Erime Noktası: 2623°C erime noktası ile ekstrem sıcaklık değişimlerinde bile yapısal bütünlüğünü korur.
Ancak molibden tozunun asıl avantajı tek başına iletkenliği değil, bu iletkenliği kararlılıkla birleştirmesidir.
2. Kritik Faktör: Isıl Genleşme Katsayısı (CTE) Uyumu
Elektronik çipler genellikle Silikon (Si) veya Galyum Nitrür (GaN) gibi malzemelerden yapılır. Bu malzemelerin Isıl Genleşme Katsayısı (CTE) oldukça düşüktür (yaklaşık 4-7 ppm/K).
Eğer siz silikon bir çipi, saf bakır (CTE: ~17 ppm/K) bir tabana lehimlerseniz, cihaz ısındığında bakır çipten daha hızlı genleşir ve lehim bağlantılarını koparır veya çipi çatlatır. Buna “termal yorgunluk” denir.
Molibdenin Rolü: Molibdenin CTE değeri 4.8 ppm/K civarındadır. Bu değer, silikon ve seramik altlıklarla neredeyse birebir örtüşür.
-
Sonuç: Molibden tozu kullanılarak üretilen taban plakaları, çip ile birlikte genleşip büzülür, böylece mekanik stres oluşumunu engeller.
3. Toz Metalurjisinin Gücü: Bakır-Molibden (Cu-Mo) Kompozitleri
Molibden tozunun endüstrideki en büyük kullanım alanı, saf halinden ziyade Bakır-Molibden (Cu-Mo) kompozitleridir. Toz metalurjisi teknikleri (presleme ve sinterleme veya infiltrasyon) sayesinde mühendisler “ayarlanabilir” malzemeler üretebilir.
Neden Bakır ve Molibden Tozu Karıştırılır?
-
Bakır: Ucuzdur ve ısıyı mükemmel iletir (~400 W/m·K).
-
Molibden: Genleşmeyi frenler (Düşük CTE).
Farklı oranlarda (örneğin %70 Mo / %30 Cu veya %50/%50) toz karıştırılarak, istenilen CTE değerine ve ısıl iletkenliğe sahip, terzi işi (tailor-made) ısı emiciler üretilebilir. Bu hibrit yapı, sadece toz formundaki hammaddelerin homojen karışımı ve sinterlenmesiyle mümkündür.
4. Uygulama Alanları: Nerede Kullanılıyor?
-
RF ve Mikrodalga Paketleme: Kablosuz iletişimde kullanılan yüksek frekanslı çiplerin taban plakalarında.
-
Güç Modülleri (IGBT): Elektrikli trenler ve rüzgar türbinlerindeki güç dönüştürücülerde.
-
LED Aydınlatma: Yüksek parlaklıklı LED’lerin ısısını dağıtarak ömürlerini uzatmak için.
-
Havacılık: Ağırlığın önemli olduğu (Mo, Tungsten’den daha hafiftir) ve ısıl şok riskinin yüksek olduğu uydu bileşenlerinde.
5. Sonuç: Mühendislik Sınırlarını Zorlamak
Molibden tozu, modern mühendisliğin “hafif, güçlü ve termal olarak uyumlu” malzeme arayışına en net cevaptır. İster saf sinterlenmiş parçalar, ister bakır matrisli kompozitler olsun; bu malzeme, cihazların daha küçük, daha hızlı ve daha güvenilir olmasını sağlayan görünmez kahramandır.
Projelerinizde ısıl yönetim sorunları yaşıyorsanız, çözüm bakırın iletkenliği ile molibdenin kararlılığını birleştiren toz metalurjisi ürünlerinde olabilir.
