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dc.contributor.advisorQuintero, Pedro O.
dc.contributor.authorEcheverría-Iriarte, Marco J.
dc.date.accessioned2019-03-11T18:36:45Z
dc.date.available2019-03-11T18:36:45Z
dc.date.issued2018-11-29
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.11801/1872
dc.description.abstractPower electronics packaging plays a key role in the translation from robust mechanical systems, to more efficient electronic systems. One of the current power modules chal- lenges is the direct bond copper process used to fabricate ceramic substrates. These substrates suffer high residual stresses from the high temperatures needed to bond met- als to ceramics, which in combination with dissimilar coefficients of thermal expansion, lowers the reliability of electronics when thermally cycled. Substrate thickness is limited by the thermal excursion during the process, thus inhibiting high voltage (above 20 kV) operation due to low breakdown voltages. Cold spray has the potential to reduce stresses due to its low-temperature process nature. A thick, controllable coating of conducting metal can be obtained owing that bonding depends mostly on mechanical interlocking, eliminating the need to melt the materials. Cold spray on ceramics has not been widely studied and is an open research area due to the complexity of bonding soft metals to hard ceramics, known to be brittle with no plasticity at low temperatures. This work provides a parameter selection map resulting from parametric modeling of the process. Experiments were run to validate the numerical model on different substrate surfaces, deposition angles, standoff distances, and nozzle geometry.en_US
dc.description.abstractEl embalaje de la electrónica de potencia juega un papel clave en la traducción de sis- temas mecánicos robustos a sistemas electrónicos más eficientes. Uno de los desafíos actuales de los módulos de potencia es el proceso de cobre de enlace directo utilizado para fabricar sustratos cerámicos. Estos sustratos sufren altas tensiones residuales debido a las altas temperaturas necesarias para unir metales a cerámicas, lo que, en combinación con coeficientes de expansión térmica diferentes, disminuye la fiabilidad de los compo- nentes electrónicos cuando se ciclan térmicamente. El espesor del sustrato está limitado por la excursión térmica durante el proceso, lo que inhibe el funcionamiento de alta ten- sión (arriba de 20 kV) debido a los bajos voltajes de ruptura. La pulverización en frío tiene el potencial de reducir las tensiones debido a su naturaleza de proceso a baja tem- peratura. Se puede obtener un recubrimiento grueso y controlable de metal conductor debido a que la unión depende principalmente del enclavamiento mecánico, eliminando la necesidad de fundir los materiales. La pulverización en frío de cerámicas no se ha estudiado ampliamente y es un área de investigación abierta debido a la complejidad de unir metales blandos a cerámicas duras, conocidas por ser frágiles y sin plasticidad a bajas temperaturas. Este trabajo proporciona un mapa de selección de parámetros resul- tante del modelado paramétrico del proceso. Se realizaron experimentos para validar el modelo numérico en diferentes superficies de sustrato, ángulos de deposición, distancias de separación y geometría de boquilla.en_US
dc.description.sponsorshipThis work was supported by a collaborative agreement between the U.S. Army Re- search Laboratory and the University of Puerto Rico-Mayagüez under contract W911NF- 16-2-0063. The views expressed are those of the authors and do not reflect the official policy or position of the Department of Defense or the U.S. Government.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.subjectCeramicen_US
dc.subjectCold sprayen_US
dc.subjectParametricen_US
dc.subjectBondingen_US
dc.subject.lcshElectronic systemsen_US
dc.subject.lcshCold gasesen_US
dc.subject.lcshPower electronics -- Mathematical modelsen_US
dc.subject.lcshElectronic ceramicsen_US
dc.titleNumerical approach to cold gas spray on ceramic substrates for power electronics packagingen_US
dc.title.alternativeEnfoque numérico al spray en gas frío sobre substratos cerámicos utilizados en el empaque de electronicos de potenciaen_US
dc.typeThesisen_US
dc.rights.licenseAll rights reserveden_US
dc.rights.holder(c) 2018 Marco José Echeverría Iriarteen_US
dc.contributor.committeeSuárez, Oscar Marcelo
dc.contributor.committeeResto, Pedro J.
dc.contributor.representativeCedeño, José
thesis.degree.levelM.S.en_US
thesis.degree.disciplineMechanical Engineeringen_US
dc.contributor.collegeCollege of Engineeringen_US
dc.contributor.departmentDepartment of Mechanical Engineeringen_US
dc.description.graduationSemesterSummeren_US
dc.description.graduationYear2018en_US


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