SEKTÖRLER HABERLER ÜRÜN TANITIMLARI TEKNİK YAZILAR DOSYALAR RÖPORTAJLAR BAŞARI HİKAYELERİ UZMAN GÖRÜŞÜ YAZARLAR FUARLAR ETKİNLİKLER PROFİLLER Editörden Künye YAYIN KURULU ARŞİV ABONELİK İLETİŞİM
Mobil Ürün Tasarımında, Ürün Termal Özellikleri̇ İncelenerek İç Yapı Taşıycı Parçası İçin Malzeme Optimizasyonu
Onur MERİÇ (onur_meric@hotmail.com)
 
ÖZET
 
Mobil cihazların market yönelimleri gereği her geçen gün daha ince, daha hafif, daha hızlı, görüntü kalitesi daha iyi olması istenmektedir. Daha iyi görüntü kalitesi ve daha hızlı olması direk olarak ısı üretimini arttırırken, daha ince ve hafif olması da ürünün sağlamlığını ciddi riske sokmaktadır. Bu iki konunun değerlendirilmesinde tasarım göz ardı edilemez bir değişken olmak ile birlikte göreceli olarak malzeme seçimi de büyük önem taşımaktadır.
 
Bu çalışma, akıllı cep telefonu üretiminde içyapı malzemesi olarak en çok kullanılan alüminyum(ADC12) ve magnezyum(AZ91D) alaşımlarının termal analizlerini yaparak, malzemeler arasında optimizasyon yapmayı hedeflemektedir. 
 

Anahtar kelimeler: Malzeme optimizasyonu, mobil ürün tasarımı, termal analiz, ADC12, AZ91D.

 

ABSTRACK

As necessitated by market trends, the demand for thinner, much lighter, much faster mobile devices with better visual quality is increasing every day. While better visual quality and improved fastness inrease heat production directly, thinner and lighter qualities put product robutsness in risk. Although design is a variable which can not be underestimated in consideration of these two subjects, material selection is also of great importance.

 
The purpose of this study is material optimization by thermal analysis of aluminum (ADC12) and magnesium (AZ91D) alloys which are most commonly used as internal structure part in smartphone manufacturing.
 
 
Keywords: Material optimization, mobile device design, thermal analysis, ADC12, AZ91D.
 
 
1. Giriş
Bu çalışma akıllı telefon tasarımı yapılırken seçilecek içyapı taşıyıcı parçasının ürün gerekliliklere göz önünde bulundurularak termal açıdan incelenmesi ve optimizasyonu amacı için yapılmıştır.
 
Akıllı telefon ürün tasarımı donanım, yazılım ve mekanik konuları içeren ortak bir çalışmasıdır ve ürün performansı bu ortak çalışmasının sonucu olarak 
 
ortaya çıkar. Bu çalışmada tasarımı tamamlanmış bir ürün üzerinde, diğer parametreler sabit tutularak, içyapı taşıyıcı metal parçası için kullanılabilecek farklı malzemelerin ürüne etkisi incelenmiştir. Termal analizler için FloEFD, analiz programından yararlanılmıştır.
 
Termal analizlerde ürün için belirlenen ısı kaynak malzeme özellikleri atanmıştır. Bu parçaların farklı katmanları x, y, z doğrultularında farklı ısıl iletim katsayılarına sahiptir.
 
Sistemde panele ait 12 adet led ve bunun yanında 10 adet ısı kaynağı olarak tanımlanan entegre devresi(IC) mevcuttur. Anakart üzerindeki entegreleri soğutmak için entegreler üzerinde oluşan ısıyı içyapı taşıyıcı metaline aktarmak gerekmektedir. Bunun için termal arayüz malzemesi kullanılmıştır. Termal arayüz malzemesinin kullanım şekli Şekil 3.1’de gösterilmiştir.
 
 
Ürüne, pratikte ısıl çift kullanılarak yapılan kullanıcı ve güvenlik testlerinde ısının gözlemlendiği nokta ön cam bölgesindeki en fazla ısınan bölgedir, yapılan analizlerde de referans nokta olarak aynı bölge alınmıştır. Son kullanıcı testleri için belirtilen bölgelerde en yüksek güvenli sıcaklık 50 C° olarak belirlenmiştir. Ürünün cam ön yüzeyinin ve kullanın temas halinde olduğu yan alüminyum yüzeylerin,  yapılan test ve analizlerde bu sıcaklığı aşmaması beklenir. Termal analiz için yapılan diğer kabuller aşağıdaki gibidir;
 
Şekil 3.1’de görülebileceği gibi malzemeler her iki yüzeye de tam olarak temas etmektedir.
• Isı kaynaklarının model üzerindeki pozisyonları Şekil 5.2 ve 5.3’te gösterilmiştir. Bu ısı kaynaklarına 
 
 

                         

Şekil 3.1- Termal arayüz malzemelerimi gösterimi (kırmızı renkli)                   Çizelge 3.1- Isı Kaynakları ve Isı Kaynaklarına Ait Güç Değerleri                                                                                                                  

Ürüne, pratikte ısıl çift kullanılarak yapılan kullanıcı ve güvenlik testlerinde ısının gözlemlendiği nokta ön cam bölgesindeki en fazla ısınan bölgedir, yapılan analizlerde de referans nokta olarak aynı bölge alınmıştır. Son kullanıcı testleri için belirtilen bölgelerde en yüksek güvenli sıcaklık 50 C° olarak belirlenmiştir. Ürünün cam ön yüzeyinin ve kullanın temas halinde olduğu yan alüminyum yüzeylerin,  yapılan test ve analizlerde bu sıcaklığı aşmaması beklenir. Termal analiz için yapılan diğer kabuller aşağıdaki gibidir;
 
                                                                                                                                                                                  
Dış Analiz
 
• Ortam sıcaklığı: 25 C°
• Ürün yatay şekilde konumlandırılmıştır, yer çekimi –Z doğrultusundadır.
• PCB malzemesi: FR4
• Analiz senaryosuna göre tüm entegreler maksimum ısı verecek şekilde aynı anda çalışmaktadır.
• Entegreler ile içyapı taşıyıcı metali arasındaki ısı alışverişini sağlamak için ısı iletkenlik katsayısı 1.8 w/mK olan termal arayüz malzemeleri (TIM) kullanılmıştır. 

 • Isı kaynaklarının model üzerindeki pozisyonları Şekil 5.2 ve 5.3’te gösterilmiştir. Bu ısı kaynaklarına ait güç değerleri de Çizelge 5.1’de tanımlanmıştır.

• Genel mesh yapısı kullanılmış olup kullanılan hücre Sayısı 1.017.058’dir.                                                                                                                                                                              

                                                                                                                                                                                    

              

Şekil 3.3-Panel arka ışık ünitesindeki ısı kaynağı ledlerin gösterimi      Şekil 3.2- Anakart üzerindeki ısı kaynaklarının gösterimi                                                                                                                                                                                                                                                                        

 
                                                                                                                                                                      
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                    
2.2. Alüminyum Alaşımı (ADC12) Kullanılarak Yapılan Termal Analiz Sonuçları
 
Analiz, öncelikle içyapı taşıyıcı metali alüminyum alaşımı tanımlanarak yapılmıştır. Daha önce de belirtildiği üzere değerler son kullanıcının da temas edeceği cam yüzeyin ve alüminyum çerçevenin en yüksek ısı değerleri olarak alınmıştır. Şekil 3.4 ‘te de görüldüğü üzere anakart üzerindeki en yüksek ısı 97.06 0C’dir. Anakartta oluşan ısı, termal arayüz malzemesi yardımı ile entegreler üzerinden içyapı taşıyıcı metaline taşınır. İçyapı metalinin ısıl iletkenliği yüksek bir malzemeden yapılmasının istenmesinin sebebi; üzerinde taşınan bu ısının x ve y eksenlerinde dağıtarak, kullanıcının hissedeceği dış bölgeye daha az ısıyı taşımak ve taşınan ısının olabildiğince yayılarak sıcak noktalar oluşturmasını önlemektir.
 
Şekil 3.5’te içyapı taşıyıcı metalinden panele oradan da ön cama ulaşan ısının yoğunlaştığı bölgeler kırmızı renk ile gösterilmektedir. Bu bölgeler, ürün kullanımında son kullanıcının yüzüne temas etme olasılığı olduğu, özellikle dikkat edilen bölgelerdir. Yapılan analiz sonucunda ön camda görülen en yüksek ısı değerinin 48.83 0C olduğu gözükmektedir. Anakart üzerinde ısı oluşturan kaynaklar göze alındığında, ürünün alt kısmında yer alan panel ledlerinin genel sıcaklığı çok daha az etkilediği gözükmektedir.
 
Şekil 3.6’da diğer bir kritik bölge olan yan alüminyum çerçevenin yüzeyinden alınan analiz sonuçları verilmiştir. Yan alüminyum çerçeve yüzeyindeki en yüksek sıcaklık 42.12 0C’dir.
 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   

                                                                 

 

Şekil 3.4- Kesit ısı haritası anakart üzerindeki en yüksek sıcaklık 97.06 0C (ADC12)                       Şekil 3.5- Ön cam ısı dağılım haritası, kritik bölgedeki en yüksek sıcaklık 48.83 0C’dir. (ADC12)    

 

                                                                                                                                                                                                                         

                                                                                             

                                                                                              Şekil 3.6- Yan alüminyum çerçevedeki ısı dağılım haritası, kritik bölgedeki en yüksek sıcaklık 42.12 0C’dir. (ADC12)

 

 

Analiz sonuçları sonrasında ürün üzerinden alınan ölçümlerin ürün kriterlerine uygun ve güvenli sıcaklığın altında olduğu görülmektedir.

 

Şekil 3.7- Kesit ısı haritası anakart üzerindeki en yüksek sıcaklık 97.22 0C (AZ91D)

 

1.1. Magnezyum Alaşımı (AZ91D) Kullanılarak Yapılan Termal Analiz Sonuçları
 
 İç yapı taşıyıcı malzemesi alüminyum alaşımı olarak tanımlanarak yapılan analiz sonrasında diğer tüm malzeme özellikleri ve şartlar aynı tutularak, sadece ilgili malzeme magnezyum olarak tanımlanmış ve analiz tekrarlanmıştır. Şekil 3.7’de belirtildiği üzere yapılan analiz sonrasında anakart üzerindeki en yüksek ısının 97.22 0C olduğu görülmüştür.
 
Şekil 3.8’da magnezyum alaşımı kullanılan analizde, ön cam yüzeyinde görülen en yüksek ısın 49.91 0C’dir.
 
Şekil 3.9’da yan alüminyum çerçeve üzerindeki en yüksek sıcaklığın 41.99 0C olduğu görülmektedir.
 
2. GENEL SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Bu çalışmada, akıllı telefon tasarımı için mekanik ve termal özellikler Ansys ve FloEFD analiz programlarında incelenerek içyapı taşıyıcı parça için malzeme optimasyonu ve karakterizasyonu yapılmıştır. Bu araştıma için ADC12 alüminyum alaşımı ve AZ91D magnezyum alaşımı ele alınmıştır.
 
Çizelge 4.1’de görüldüğü üzere alüminyum alaşımının ısıl ve mukavemet değerleri magnezyum alaşımına göre daha iyi sonuç vermektedir.
 
Alüminyumun alaşımını ısıl değerleri magnezyum alaşımına göre daha iyi olsa da ürün için birbirine yakın değerlerdir. Sadece ısıl performans göz önüne alındığında market gereksinimleri gereği daha hafif bir ürün ortaya çıkarmak istendiğinde, ek pasif soğutma malzemeleri kullanılarak magnezyum alaşımı kullanımı da değerlendirilebilir.
 
Kaynaklar Dizini
NADCA 2015, NADCA Product Specification Standards for Die Casting, Arlington Heights, Illinois
Not: İlgili komponentlerin özellikleri sağlayıcı firmaların dökümanlarından referans alınmıştır. Anlaşma gereği paylaşılamamaktadır.
 
 
Çizelge 4.1- Isıl ve mekanik test sonuçlarının toplu ve karşılaştımalı gösterimi
 
 
 
 
                                      
 
Şekil 3.8- Ön cam ısı dağılım haritası, kritik bölgedeki                                                          Şekil 3.9 - Yan alüminyum çerçevedeki ısı dağılım haritası
en yüksek sıcaklık 49.91 0C’dir. AZ91D)                                                                                                   kritik bölgedeki en yüksek sıcaklık 41.99 0C’dir. (AZ91D)
Paylaş Tweet
2306 kez okundu
GÜNCEL YAZILAR
DEMİR ve ÇELİK ÜRETİMİNİN KISA BİR TARİHÇESİ
Demir ve çelik endüstrisi dünyanın en önemli ve geleneksel açıdan da en eski üretim sektörlerinden biridir. 3.000 yıl kadar önce demir insanların kü DEVAMI...
SÜPER DUPLEKS PASLANMAZ ÇELİKLE DAHA İYİ VE DÜŞÜK MALİYETLİ İŞLEME
ÖZET Makine ile işleme süreçlerinin karbon çeliklerden paslanmaz çeliklere geçilerek geliştirildiği bilinmektedir; ancak operatörler işleme hızlarını DEVAMI...
Thinking in terms of magnesium“ – Magnesium pressure die casting is completely in the trend
Many metallic objects are produced by pressure die-casting. One of those metals which are ideally suited for this process is magnesium. The demand is growing with the automotive industry and its co DEVAMI...
Metal Katkılı Polimer Matrisli Hibrit Kompozitler
Gökhan TAŞÇI, Muzaffer ZEREN Kocaeli Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü 41380 Kocaeli gokhantsc@hotmail.com , zeren@kocaeli.edu.tr DEVAMI...
Yanma Sentezi̇ Yöntemi̇yle İleri̇ Malzemeleri̇n Üretimi
Bora Derin (İstanbul Teknik Üniversitesi, Kimya-Metalurji Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği, Maslak, İstanbul)  bderin@itu.edu.tr   ÖZET &n DEVAMI...
YÜKSEK SICAKLIK OKSIDASYONUNA KARŞI NIOBYUM REFRAKTER METALI ÜZERINDE KORUYUCU BIR KAPLAMA
Candan Şen ELKOCA   Bülent Ecevit Üniversitesi  Alaplı Meslek Yüksekokulu Tepeköy Mevkii, Alaplı/Zonguldak   A PROTECTIVE COATING 0N NIOBIUM R DEVAMI...
Alaşımlı Çi̇nko Kaplama
Doç. Dr. Oktay ELKOCA   Galvannealed Coating     ÖZET   Alaşımlı kaplama, saf çinko kaplamanın 500oC civarın DEVAMI...
Vakum Ergitme ve Farklı Döküm Tekni̇kleri
Nilay DALYAN, Kimya Mühendisi-Metamak, Erol TURGUT, Metalurji Mühendisi-Metamak   Proses Teknoloji̇leri̇ Uygulamalar Farklı Ekipmanlar   Vakum İndüksiyo DEVAMI...
Katmanlı Üreti̇mi̇n Geli̇şmesi̇ ve Di̇ğer Yöntemlerle Bi̇rli̇kte Kullanımı
Önümüzdeki yıllar içinde metallerin üretiminde katmanlı yöntemler (AM) kullanılmasının (metallerde 3D baskı olarak da bilinir), geleneksel olarak “çıkar DEVAMI...
Yenilikçi Kalıp Sistemleri Tasarımı İle Eksen Kaçıklığına Sahi̇p Soğuk Dövme Parçalarının Üretimi
N.Emrah KILINÇDEMİRa, Vural CEYHUNb, Tayfur YAVUZBARUTa, Umut İNCEa aArGe Merkezi, Norm Cıvata Sanayi ve Ticaret A.Ş. Çiğli, İzmir, Türkiye, emrah.kilincdemir@normcivata.com DEVAMI...
Lostfoam Prosesi̇ Kayıp Köpük - Kolay Döküm
Marc Karakoc, ESFF ,Yük. Metalurji Müh., Paris, Fransa Losftfoam Process, Simple Casting   ÖZET Lostfoam, strafor model ile, bağlayıcı olmadan, kolay dök&uu DEVAMI...
Turbo Motor – Sferodan Çeli̇k Döküme
Yazar: Norbert Schütze, Foseco Almanya   CO2 emisyonunu azaltmak için daha düşük ağırlıklı daha yüksek mukavemetli parçalara doğru bir eğilim var DEVAMI...
Dünyanın En Hafi̇f Katı Malzemesi̇: Aerojeller
Yazarlar: Nazan SARAÇ ve Nil TOPLAN Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü Esentepe Kampüsü, DEVAMI...
Düşük Basınç Sementasyon ve Yüksek Basınçlı Gaz İle Sertleşti̇rme
Yazarlar: Mehmet ÖZDEŞLİK*, Levent SİNDEL*, Selin KESKİN* *Sistem Teknik Sanayi Fırınları A.Ş.   Low Pressure Carburizing And High Pressure Gas Quenching     DEVAMI...
Sıcak Daldırma Galvaniz Yöntemiyle Üretim Yapan İşletmelerde Nakit Yönetiminin Önemi
Yazar: Erol Ayyıldız, ayyildiz.erol@gmail.com   Significance Of Cash Management In The Businesses Where The Production Is Performed With Hot-Dip Galvanization     DEVAMI...
En Çok Okunanlar Son Eklenenler
YAYIN AKIŞI
FACEBOOK
TWITTER
INSTAGRAM