Développement de modèles thermiques compacts en vue de la modélisation électrothermique des composants de puissance

Wasim Habra (1)

1 LAAS-ISGE - Équipe Intégration de Systèmes de Gestion de l'Énergie

A new methodology of Compact Thermal Models (CTMs) extraction for the electronic components is proposed in this thesis. The originality of this methodology summarised by: taking into account of the thermal behaviour of electronic components containing several chips or heat sources, several cooling surfaces, and representing the non-linear properties of materials, while keeping a simple and recurring structure of generated models. This methodology aims also to generate dynamic thermal models; this seems possible because of the simple shape of thermal network of the model which is based on "star" network. The precision of the star network is improved by using variable resistors related to the heat fluxes so that the compact model can adapt automatically with boundary conditions. Moreover, the proposed method makes it possible to obtain CTMs with a limited number of measurements or 3D thermal simulations. In addition, a study based on the 3D distribution of the heat flux is done in order to propose some solutions to make the generated models more precise. The extension to the dynamic mode is achieved by the means of three different techniques.

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.

Mots clés: Compact Thermal Modelling; Nonlinear thermal modelling.; Electro thermal modelling; Power electronics

Mots clés: Modèle thermique compact; Modélisation thermique non- linéaire; Modélisation électrothermique; Composants de puissance; VHDL-AMS

Domaines: Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Wasim Habra. Développement de modèles thermiques compacts en vue de la modélisation électrothermique des composants de puissance. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00159791⟩