Dissertations / Theses on the topic 'Compact thermal modeling'

Conduction based compact thermal modeling of DC/DC converters, which are electronic components commonly used in military applications, are investigated. Three carefully designed numerical case studies are carried out at component, board and system levels using ICEPAK software. Experiments are conducted to gather temperature data that can be used to study compact thermal models (CTMs) with different levels of simplification. In the first (component level) problem a series of conduction based CTMs are generated and used to study the thermal behavior of a Thin-Shrink Small Outline Package (TSSOP) type DC/DC converter under free convection conditions. In the second (board level) case study, CTM alternatives are produced and investigated for module type DC/DC converter components using a printed circuit board (PCB) of an electro-optic system. In the last case study, performance of the CTM alternatives generated for the first case are assessed at the system level using them on a PCB placed inside a realistic avionic box. v Detailed comparison of accuracy of simulations obtained using CTMs with various levels of simplification is made based on experimentally obtained temperature data. Effects of grid size and quality, choice of turbulence modeling and space discretization schemes on numerical solutions are discussed in detail. It is seen that simulations provide results that are in agreement with measurements when appropriate CTMs are used. It is also showed that remarkable reductions in modeling and simulation times can be achieved by the use of CTMs, especially in system level analysis.

Thesis (Ph.D)--Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology, 2009.
Committee Chair: Joshi, Yogendra; Committee Member: Gallivan, Martha; Committee Member: Graham, Samuel; Committee Member: Yeung, Pui-Kuen; Committee Member: Zhang, Zhuomin. Part of the SMARTech Electronic Thesis and Dissertation Collection.

Historical, well developed, procedures for RF design have minimal emphasis on exploring the third dimension due to the difficulty of fabrication. Recent material advancements applicable to 3D printing have brought about low-loss thermoplastics with excellent mechanical properties. Research into depositing conductive inks onto arbitrary 3D shapes has achieved resolutions better than 50 μm with conductivity values approaching that of copper cladding. The advancements in additive manufacturing have improved reliability and repeatability of three dimensional designs while decreasing fabrication time. With this design approach other considerations, such as stability and strength, can be concentrated on during the structure design to realize new shapes. The next step in the future of RF research will encompass designing and further understanding the benefits and consequences of using all three dimensions. This could include meandering an antenna element around other electronic components to make the overall package size smaller or integrating an antenna array into a wing. The design and analysis of the periodic spiral antenna (PSA) takes a look at a specific case of full volume utilization. In this application meandering in the z-dimension allowed the design to become smaller and more efficient than what is achievable with planar methods. This thesis will go into detail on the characterization of the periodic spiral antenna. To exemplify the benefits of meandering in the z-dimension a loop antenna is presented and benchmarked against other miniaturization techniques. Measured results of two different PSA models are presented and remarks on improving fabrication are given. When an antenna is used as a transmitter incident power will cause thermal generation so a study was conducted to understand how material properties can govern the amount of heat generated.

Ce travail de thèse présente une étude concernant la caractérisation des effets électrothermiques dans les transistors bipolaires à hétérojonction (HBT) en SiGe. Lors de ces travaux, deux procédés technologiques BiCMOS à l’état de l’art ont été analysés: le B11HFC de Infineon Technologies (130nm) et le B55 de STMicroelectronics (55nm).Des structures de test dédiées ont étés conçues, pour évaluer l’impact électrothermique du back end of line (BEOL) de composants ayant une architecture à un ou plusieurs doigts d’émetteur. Une caractérisation complète a été effectuée en régime continu et en mode alternatif en petit et en grand signal. De plus, une extraction des paramètres thermiques statiques et dynamiques a été réalisée et présentée pour les structures de test proposées. Il est démontré que les figures de mérite DC et RF s’améliorent sensiblement en positionnant des couches de métal sur le transistor, dessinées de manière innovante et ayant pour fonction de guider le flux thermique vers l’extérieur. L’impact thermique du BEOL a été modélisé et vérifié expérimentalement dans le domaine temporel et fréquentiel et aussi grâce à des simulations 3D par éléments finis. Il est à noter que l’effet du profil de dopage sur la conductivité thermique est analysé et pris en compte.Des topologies de transistor innovantes ont étés conçues, permettant une amélioration des spécifications de l’aire de sécurité de fonctionnement, grâce à un dessin innovant de la surface d’émetteur et du deep trench (DTI).Un modèle compact est proposé pour simuler les effets de couplage thermique en dynamique entre les émetteurs des HBT multi-doigts; ensuite le modèle est validé avec de mesures dédiées et des simulations TCAD.Des circuits de test ont étés conçus et mesurés, pour vérifier la précision des modèles compacts utilisés dans les simulateurs de circuits; de plus, l’impact du couplage thermique entre les transistors sur les performances des circuits a été évalué et modélisé. Finalement, l’impact du dissipateur thermique positionné sur le transistor a été étudié au niveau circuit, montrant un réel intérêt de cette approche
This work is focused on the characterization of electro-thermal effects in advanced SiGe hetero-junction bipolar transistors (HBTs); two state of the art BiCMOS processes have been analyzed: the B11HFC from Infineon Technologies (130nm) and the B55 from STMicroelectronics (55nm).Special test structures have been designed, in order to evaluate the overall electro-thermal impact of the back end of line (BEOL) in single finger and multi-finger components. A complete DC and RF electrical characterization at small and large signal, as well as the extraction of the device static and dynamic thermal parameters are performed on the proposed test structures, showing a sensible improvement of the DC and RF figures of merit when metal dummies are added upon the transistor. The thermal impact of the BEOL has been modeled and experimentally verified in the time and frequency domain and by means of 3D TCAD simulations, in which the effect of the doping profile on the thermal conductivity is analyzed and taken into account.Innovative multi-finger transistor topologies are designed, which allow an improvement of the SOA specifications, thanks to a careful design of the drawn emitter area and of the deep trench isolation (DTI) enclosed area.A compact thermal model is proposed for taking into account the mutual thermal coupling between the emitter stripes of multi-finger HBTs in dynamic operation and is validated upon dedicated pulsed measurements and TCAD simulations.Specially designed circuit blocks have been realized and measured, in order to verify the accuracy of device compact models in electrical circuit simulators; moreover the impact on the circuit performances of mutual thermal coupling among neighboring transistors and the presence of BEOL metal dummies is evaluated and modeled

The continuous miniaturization of electronic systems using the three-dimensional (3D) integration technique has brought in new challenges for the computer-aided design and modeling of 3D integrated circuits (ICs) and systems. The major challenges for the modeling and analysis of 3D integrated systems mainly stem from four aspects: (a) the interaction between the electrical and thermal domains in an integrated system, (b) the increasing modeling complexity arising from 3D systems requires the development of multiscale techniques for the modeling and analysis of DC voltage drop, thermal gradients, and electromagnetic behaviors, (c) efficient modeling of microfluidic cooling, and (d) the demand of performing fast thermal simulation with varying design parameters. Addressing these challenges for the electrical/thermal modeling and analysis of 3D systems necessitates the development of novel numerical modeling methods. This dissertation mainly focuses on developing efficient electrical and thermal numerical modeling and co-simulation methods for 3D integrated systems. The developed numerical methods can be classified into three categories. The first category aims to investigate the interaction between electrical and thermal characteristics for power delivery networks (PDNs) in steady state and the thermal effect on characteristics of through-silicon via (TSV) arrays at high frequencies. The steady-state electrical-thermal interaction for PDNs is addressed by developing a voltage drop-thermal co-simulation method while the thermal effect on TSV characteristics is studied by proposing a thermal-electrical analysis approach for TSV arrays. The second category of numerical methods focuses on developing multiscale modeling approaches for the voltage drop and thermal analysis. A multiscale modeling method based on the finite-element non-conformal domain decomposition technique has been developed for the voltage drop and thermal analysis of 3D systems. The proposed method allows the modeling of a 3D multiscale system using independent mesh grids in sub-domains. As a result, the system unknowns can be greatly reduced. In addition, to improve the simulation efficiency, the cascadic multigrid solving approach has been adopted for the voltage drop-thermal co-simulation with a large number of unknowns. The focus of the last category is to develop fast thermal simulation methods using compact models and model order reduction (MOR). To overcome the computational cost using the computational fluid dynamics simulation, a finite-volume compact thermal model has been developed for the microchannel-based fluidic cooling. This compact thermal model enables the fast thermal simulation of 3D ICs with a large number of microchannels for early-stage design. In addition, a system-level thermal modeling method using domain decomposition and model order reduction is developed for both the steady-state and transient thermal analysis. The proposed approach can efficiently support thermal modeling with varying design parameters without using parameterized MOR techniques.

Ce travail de thèse présente une évaluation approfondie des différentes techniques de mesure transitoire et dynamique pour l’évaluation du comportement électro-thermique des transistors bipolaires à hétérojonctions HBT SiGe:C de la technologie BiCMOS et des transistors Métal-Oxyde-Semiconducteur à effet de champ (MOSFET) de la technologie CMOS 45nm. En particulier, je propose une nouvelle approche pour caractériser avec précision le régime transitoire d'auto-échauffement, basée sur des mesures impulsionelles. La méthodologie a été vérifiée par des mesures statiques à différentes températures ambiantes, des mesures de paramètres S à basses fréquences et des simulations thermiques transitoires. Des simulations thermiques par éléments finis (TCAD) en trois dimensions ont été réalisées sur les transistors HBTs de la technologie submicroniques SiGe: C BiCMOS. Cette technologie est caractérisée par une fréquence de transition fT de 230 GHz et une fréquence maximum d’oscillation fMAX de 290 GHz. Par ailleurs, cette étude a été réalisée sur les différentes géométries de transistor. Une évaluation complète des mécanismes d'auto-échauffement dans les domaines temporels et fréquentiels a été réalisée. Une expression généralisée de l'impédance thermique dans le domaine fréquentiel a été formulée et a été utilisé pour extraire cette impédance en deçà de la fréquence de coupure thermique. Les paramètres thermiques ont été extraits par des simulations compactes grâce au modèle compact de transistors auquel un modèle électro-thermique a été ajouté via le nœud de température. Les travaux théoriques développés à ce jour pour la modélisation d'impédance thermique ont été vérifiés avec nos résultats expérimentaux. Il a été montré que, le réseau thermique classique utilisant un pôle unique n'est pas suffisant pour modéliser avec précision le comportement thermique transitoire et donc qu’un réseau plus complexe doit être utilisé. Ainsi, nous validons expérimentalement pour la première fois, le modèle distribué électrothermique de l'impédance thermique utilisant un réseau nodal récursif. Le réseau récursif a été vérifié par des simulations TCAD, ainsi que par des mesures et celles ci se sont révélées en excellent accord. Par conséquent, un modèle électro-thermique multi-géométries basé sur le réseau récursif a été développé. Le modèle a été vérifié par des simulations numériques ainsi que par des mesures de paramètre S à basse fréquence et finalement la conformité est excellente quelque soit la géométrie des dispositifs
An extensive evaluation of different techniques for transient and dynamic electro-thermal behavior of microwave SiGe:C BiCMOS hetero-junction bipolar transistors (HBT) and nano-scale metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) have been presented. In particular, new and simple approach to accurately characterize the transient self-heating effect, based on pulse measurements, is demonstrated. The methodology is verified by static measurements at different ambient temperatures, s-parameter measurements at low frequency region and transient thermal simulations. Three dimensional thermal TCAD simulations are performed on different geometries of the submicron SiGe:C BiCMOS HBTs with fT and fmax of 230 GHz and 290 GHz, respectively. A comprehensive evaluation of device self-heating in time and frequency domain has been investigated. A generalized expression for the frequency-domain thermal impedance has been formulated and that is used to extract device thermal impedance below thermal cut-off frequency. The thermal parameters are extracted through transistor compact model simulations connecting electro-thermal network at temperature node. Theoretical works for thermal impedance modeling using different networks, developed until date, have been verified with our experimental results. We report for the first time the experimental verification of the distributed electrothermal model for thermal impedance using a nodal and recursive network. It has been shown that, the conventional single pole thermal network is not sufficient to accurately model the transient thermal spreading behavior and therefore a recursive network needs to be used. Recursive network is verified with device simulations as well as measurements and found to be in excellent agreement. Therefore, finally a scalable electro-thermal model using this recursive network is developed. The scalability has been verified through numerical simulations as well as by low frequency measurements and excellent conformity has been found in for various device geometries

Au cours de ces dernières années, la taille des transistors a diminué considérablement permettant ainsi de réduire la taille des composants et de multiplier le nombre de composants dans un système. Cette condensation des transistors avec la montée en fréquence des circuits est à l'origine d'une augmentation drastique de la densité de puissance et d'une élévation importante de la température du composant, dommageable pour les performances de celui-ci. Le but de ces travaux de thèse est de proposer une méthodologie de génération de modèles thermiques, légers (rapidement simulables) et indépendants des conditions aux limites, de systèmes électroniques complexes. Cette méthodologie permet de décomposer un système complexe en sous-éléments, de construire un modèle léger de chaque élément et de les reconnecter afin de recomposer le comportement thermique du système global. La méthodologie permet d'effectuer une analyse thermique du système tôt dans le processus de conception d'un système et offre de nombreux avantages par rapport aux modèles existants
Over the past few years, the size of transistors has drastically decreased which enables to design smaller components and to add more and more components in electronic Systems. The transistor technology réduction and the rise of the operating frequency hâve caused a dramatic increase of power density in Integrated Circuits and a high température rise of the component that can affect its performances. The aim of the thesis is to suggest a new methodology to build boundary condition independent compact thermal models of complex electronic Systems. This methodology enables to split the Systems in éléments, to build a compact thermal model of each élément and to connect them to model the thermal behaviour of the whole System. The Flex-CTM methodology enables to perform a thermal analysis at an early stage of a system's design flow and has numerous advantages than existing thermal models

The Compact Linear Fresnel Reflector is a solar thermal energy system currently at prototype stage in Australia. The system uses parallel rows of mirrors lined up underneath a long, elevated thermal absorber. The mirrors move so as to focus solar radiation onto the absorber; the absorber contains a bank of high-pressure water pipes through which water is pumped and gradually boils. The process of ??direct steam generation?? in very long pipes, up to 300 m in a straight run, has not previously been performed at this scale; other systems use shorter pipe runs, or use other fluids such as non-boiling oil. This thesis addresses a broad range of design issues relating to the CLFR prototype and its components. Beam solar radiation at the prototype site is estimated from available data including satellite-derived and ground-based measurements. Existing correlations for the beam component of global radiation do not apply well to Australian conditions so a new correlation is proposed. Computational fluid dynamics simulations establish radiative heat-loss as the dominant mode for the thermal absorber. Results are gathered for a range of sizes and shapes, and heat-loss correlations are derived for use in subsequent simulation. Two-phase flow in the absorber direct-steam-generation process is examined, and a detailed model including, pipe-friction pressure drops, flow-boiling heat transfer and cavity heat loss is presented, with validation against the experimental results of other workers. A series of ??performance maps?? give the predicted outlet flow regime for varied inlet conditions, allowing selection of desired operating points. A full system model is given that integrates this absorber model with ancillary components including the pump and connecting pipework; the model is used to evaluate pumping requirements and to establish expected operating conditions. The inherent pressure instability arising from the two phase flow is examined and orifice plates are sizes to stabilise this effect. A dynamic model for the absorber pipe flow using fully implicit finite difference techniques and accurate IAPWS-IF97 steam properties gives the predicted behaviour during solar transients at both long and short time-scales.

La simulation détaillée au niveau carte de ces nouveaux types de packages est quasiment impossible du fait de la limitation des moyens de calculs actuels. En outre, dans la plupart des cas de conception électronique, seule l’estimation des températures en quelques points est intéressante. Une étude détaillée au niveau composant n’est pas nécessairement pertinente. Il faut donc un compromis entre faisabilité et/ou rapidité des calculs et une précision sur les paramètres importants. Une alternative est de trouver des modèles comportementaux équivalents aux modèles détaillés, capable de reproduire son comportement thermique aux points cruciaux. C’est dans cette optique que le projet européen DELPHI (Development of libraries of physical models of electronic components for an integrated design environment) a été initié en 1993. L’objectif de ce projet était de pouvoir générer un modèle compact à partir d’un modèle détaillé d’un composant électronique. Celui-ci a ainsi abouti à une standardisation du processus de génération des modèles mis en oeuvre. Néanmoins, les avancées issues de ce projet sont limitées aux composants mono-puces et à leur comportement thermique en régime permanent. L’objectif de cette thèse est d’avoir une approche multi-échelle de la génération de modèles compacts et leur interaction avec la carte. La modélisation multi-échelle consiste à la génération de modèles mono-puces ou multi-puces et leur réutilisation éventuelle dans des systèmes plus complexes tels que le PCB ou les « System-In-packages »
This thesis is dedicated to the generation of behavioral thermal model for electronic component having multiple active sensitive chips. This innovative study focuses on the necessary improvements of the concept of steady-state and dynamic compact model in order to elaborate pertinent and accurate modeling practical techniques. To help the electronic designer to early identify the overheated electronic components, the purpose is to generate simplified models, capable to mimic the thermal behavior of sophisticated detailed models. These simplified or compact models using well-known thermal resistances network replicate the thermal path from the most sensitive elements to the external package surfaces and enable to accurately predict their temperatures as well as the case heat flow rates. Preliminary evaluations performed on the popular, plastic Quad Flat-pack No lead package family showed that the simplest network definition, restricted to the heating source and two external surfaces, is always insufficient to properly characterize the thermal response of real device. So our development of steady-state compact thermal model (CTM) for electronic component is based on a process flow defined by the European project DELPHI which was revised by the presented work to address multi-chip components. DELPHI style compact thermal model presents an enlarged node number, especially for the component external surfaces which are divided in a set of relevant areas

Une nouvelle méthodologie d'extraction de modèles thermiques compacts (CTMs) pour les composants électroniques est proposée dans cette thèse. L'originalité de cette méthodologie réside dans la prise en compte du comportement thermique des composants comportant plusieurs puces ou sources de chaleur, plusieurs surfaces de refroidissement et des matériaux à propriétés non-linéaires, tout en gardant une structure simple et récurrente des modèles générés. Cette méthodologie concerne aussi les modèles thermiques dynamiques, ceci est rendu possible par l'utilisation d'un réseau simple de type " étoile ". La précision du réseau en étoile est améliorée en utilisant des résistances variables liées aux flux thermiques afin que le modèle compact puisse s'adapter à toutes les conditions aux limites possibles. De plus, la méthode choisie permet d'obtenir ceci avec un nombre limité de mesures ou de simulations thermiques 3D. Par ailleurs, tout au long du travail effectué, nous avons choisi de maintenir le lien avec la physique de façon à pouvoir toujours faire les analyses et les interprétations des phénomènes mis en jeu. Ainsi, une étude basée sur les phénomènes de répartition 3D du flux thermique a abouti à des solutions argumentées et validées pour rendre les modèles générés plus précis. L'extension des modèles thermiques compacts au régime dynamique, rendue possible par la méthodologie choisie, est proposée par le biais de trois techniques différentes. L'ajout d'un modèle électrique compatible avec les modèles thermiques développés, rendra aisée la modélisation électrothermique.

Les géostructures énergétiques sont des ouvrages de génie civil qui intègrent un circuit de fluide caloporteur. Dans cette étude l’installation de circuits géothermiques dans des remblais est envisagé afin d’injecter ou d’extraire de la chaleur. Lors de la construction de ces remblais, deux paramètres sont à contrôler : la teneur en eau w (%) et la masse volumique sèche rd (Mg/m3). Ces deux paramètres ainsi que la nature du sol, le chargement appliqué et la variation cyclique de la température pourraient influencer la capacité de stockage et la stabilité du système. Après une partie synthétisant l’état de l’art sur ces thématiques, cette thèse comprend une partie expérimentale puis une partie numérique appliquée à un cas test de stockage. Dans la partie expérimentale, l’influence de la variation de température induite par l’échange thermique sur les propriétés thermiques et mécaniques du sol est étudiée. Pour cela des essais sont réalisés en laboratoire sur un limon du bassin parisien compacté et soumis à une gamme de variation de température de 20° à 50°C. Les effets de ces variations sur les paramètres mécaniques et les paramètres thermiques sont mesurés. Les résultats obtenus montrent une évolution des paramètres thermiques du matériau du côté sec de la courbe de compactage, particulièrement visible pour les températures importantes. La réversibilité de l’effet du chauffage est obtenue après plusieurs cycles de chauffage-refroidissement. Les propriétés mécaniques mesurées sont la résistance à la compression simple et les paramètres pressiométriques. Pour cela, des essais en laboratoire, à l’échelle métrique, sont réalisés. Un ramollissement du sol sous l’effet du chauffage et une rigidification sous l’effet des cycles thermiques sont constatés. Pour optimiser le système du stockage, une modélisation thermo-hydrique d’un remblai modèle réalisé avec le limon de Plaisir compacté légèrement du côté humide de l’optimum Proctor est effectuée. La comparaison des cas tests a permis de déterminer l’entraxe qui minimise l’interaction entre les sondes thermiques, ainsi que la distance optimale entre les dernières sondes et le pied de remblai. Les scenarii d’injection/extraction étudiés ont montré que le stockage de chaleur dans le remblai est faisable en choisissant un programme thermique adéquat pour l’exploitation du stockage. La mise en place de plusieurs lits de sondes thermiques et d’une isolation thermique sur la partie supérieure du remblai de stockage permet d’augmenter la capacité du remblai à accumuler de la chaleur dans le noyau à la fin de la période de relaxation. La simulation de ce scénario sur 10 ans avec la prise en compte des cycles de température, montre un réchauffement du remblai sur plusieurs années jusqu’à atteindre une évolution équilibrée au bout de la 7 ème année. Arrivé à cet état d’équilibre, l’évolution des températures est reproductible d’une année sur l’autre
Energy geostructures are civil engineering structures equipped with energy exchanger elements in order to store heat seasonally. The aim of this study is the use of compacted soil to store energy through installation of horizontal exchangers in an embankment. During the soil compaction, two parameters were controlled: the water content w and the dry density ρd. This parameters as well as the soil nature, the mechanical load path and the cyclic temperature variation may affect the storage capacity and the system stability. This work includes an experimental part and a modeling part. In the experimental part, the impact of the temperature variation is studied on the thermal and mechanical properties of the compacted soil. The Plaisir loam (PL) extracted from the Paris region was investigated through laboratory tests at a temperatures range of 20 to 50°C. The results showed that the thermal properties of the compacted soils increased on the dry side of the compaction curve. This evolution was clearly confirmed for higher temperatures. The application of cyclic temperature variations showed reversible evolutions in the thermal properties after one cycle. The results of unconfined compressive tests and pressuremeter tests showed that heating induces a softening of the material whereas several temperature cycles induce a stiffening of the material. Thereafter, a coupled thermo-hydraulic modeling of an embankment made of the compacted Plaisir loam is performed in order to optimize the storage system. The comparison of different modelling results, fixed the temperature sensors spacing that minimizes the interactions between them, and the optimal distance between the last sensors and the bottom of the slope. It is shown that if an appropriate thermal program is chosen, the heat storage in the embankment could be possible. A better efficiency of the storage capacity can be reached by introducing 3 temperature sensors rows in the storage and by covering the storage with a thermal insulation. The simulation of this scenario over 10 years including temperature cycles shows a heating of the embankment for several years, until to reach an equilibrium state after the 7th year

Cette thèse porte sur le thème général de la fiabilité des circuits microélectroniques. Le but de notre travail fut de développer un outil de simulation multi-physiques pour la conception des circuits intégrés fiables qui possède les caractéristiques innovatrices suivantes : • (i) L’intégration dans un environnement de conception microélectronique standard, tel que l’environnement Cadence® ; • (ii) La possibilité de simulation, sur de longues durées, du comportement des circuits CMOS analogiques en tenant compte du phénomène de vieillissement ; • (iii) La simulation de plusieurs physiques (électrique-thermique-mécanique) couplées dans ce même environnement de CAO en utilisant la méthode de simulation directe. Ce travail de thèse a été réalisé en passant par trois grandes étapes traduites par les trois parties de ce manuscrit
This thesis was carried out under the theme of the microelectronics Integrated Circuits Reliability. The aim of our work was to develop a multi-physics simulation tool for the design of reliable integrated circuits. This tool has the following innovative features : • (i) The integration in a standard microelectronics design environment, such as the Cadence® environment ;• (ii) The possibility of efficient simulation, over long periods, of analog CMOS circuits taking into account the aging henomenon ; • (iii) The simulation of multiple physical behaviours of ICs (electrical-thermalmechanical) coupled in the same environment using the direct simulation method. This work was carried out through three main stages detailed in the three parts of this Manuscript

碩士
國立交通大學
電信工程研究所
107
High temperatures caused by dramatically increasing integration density and power consumption of VLSI circuits have several significant impacts on chips and handheld devices. To avoid overheating, an effective temperature estimation mechanism is important. In this thesis, we propose a compact thermal RC network method for predicting transient temperatures that enables accurate and fast thermal analysis at specific points. The method is based on Cauer RC ladder network, Particle Swarm Optimization (PSO), Modified Nodal Analysis (MNA), and technique of Backward Euler. This method is capable of handling most power inputs and is suitable for single and multiple heat sources. In addition, we validate the case studies of the smartphone structure, and compare the temperature profiles generated between the RC ladder network and the computational fluid dynamics (CFD) tool, then calculate their root mean square (RMS) error. The experimental results show that our modeling method and parameter extraction mechanism have good performance.

碩士
國立臺灣大學
應用力學研究所
96
The equation of phonon radiative transfer (EPRT) is a nonlinear, integral, differential equation with many variables. It is difficult for us to solve the equation directly. If we simplify the relaxation time of collision term by Bhatnagar- -Gross-Krook Equation. The equation will become easily to cope with. In this paper, we deal with phase space where the discrete ordinate method is used for angular discretization; and using upwind scheme the deal with spatial discretization. Nanocomposites in superlattices are observed that may realize a similar thermal conductivity reduction and thermoelectric efficiency enhancements. So it provides us a way to increase the benefits of the nanoscale effects to thermoelectric materials in bulk form. If there are two species of nanocomposites, one is a material in the form of nanowires embedded in another host matrix material; the other is a discrete mixture of two different kinds of nanowires that are compacted. At the same stoichiometry, a nanocomposite in the form of discrete mixtures of nanowires does not have a continuous phase of material, so its thermal conductivity is lower than composites with nanowires embedded in a host material. In this paper, using EPRT with the discrete ordinate method to investigate simulation about the density of interface of one dimension superlattice, nanocomposites of nanowires embedded in another host matrix material, and nanocomposites of compacted silicon and germanium nanowire mixtures nanocompacted. Results show that the thermal conductivity of composites in the form of compacted silicon and germanium nanowire mixtures is lower than the composites with silicon nanowires embedded in a germanium matrix at the same atomic composition and characteristic size of the nanowires. Finally, we will take our data to compare with the other study which simulation by Direct Monte Carlo Method.