Contribution à l'étude du comportement thermique des composants électroniques

Contribution to the study of the thermal behaviour of electronic components

• Auteur / Autrice : Sébastien Vintrou
• Direction : Najib Laraqi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, génie des procédés
• Date : Soutenance le 08/12/2009
• Etablissement(s) : Paris 10
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Connaissance, langage, modélisation (Nanterre, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Chatnez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Najib Laraqi, Bruno Chatnez, Juan Mario Garcia de Maria, Bertrand Garnier, Abderrahmane Baïri, Jean-François Jarno, Olivier Quéméner
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Juan Mario Garcia de Maria, Bertrand Garnier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Thermodynamique statistique

Thermique

Composants électroniques

Mots clés libres

Composants électroniques

Résumé

Ce travail traite des aspects thermiques dans les composants électroniques, en particulier ceux de composants qui peuvent être thermiquement assimilés à des sources de chaleur localisées sur des milieux solides diffusifs. Dans une première partie, un modèle analytique général d’impédance thermique est développé. Il permet de calculer les températures de jonction de composants électroniques multidoigts sur des supports multicouches. Le modèle est basé sur la résolution tridimensionnelle de l’équation de la chaleur en régime fréquentiel par la méthode des transformées intégrales. Il a été utilisé pour évaluer l’influence des différents paramètres géométriques et structuraux du problème physique. Sa simplicité et la rapidité des temps de calculs en font un outil parfaitement adapté à la simulation des circuits électroniques.La seconde partie de ce travail est consacrée à la reconstitution spatiotemporelle des sources de chaleur par méthode inverse. Pour atteindre l’objectif, la méthode numérique des volumes finis a été programmée, afin d’exprimer sous la forme d’une représentation d’état, le problème en trois dimensions et en régime transitoire du phénomène de transfert de chaleur par conduction. La densité de flux a été discrétisée dans l’espace et le temps. Elle est estimée par la pseudo-inversion de la représentation d’état. Des tests numériques et un dispositif expérimental ont permis de valider la méthode.

This work deals with thermal aspects in electronic components. In particular those of devices that can be assimilated to heat sources located on top of solid mediums. First a general analytical model of thermal impedance is developed. It allows to calculate the junction temperatures of multifingers electronic components on top of a stack of different materials. The model is based on the resolution of the three-dimensional heat transfer equation in AC regime by the method of the integral transforms. It is used to evaluate the influence of the geometrical and structural parameters of the physical problem. Thanks to its simplicity and the low time consuming tasks the model is adapted to an implementation in Simulation Programs with Integrated Circuits Emphasis (SPICE). Afterwards the problem of heat sources reconstruction is treated by inverse method. For this purpose the numerical method of finite volumes has been used to express the three-dimensional problem of heat conduction in transient regime by a matrix equation. In this equation the heat flux is made discrete in space and in time. It is estimated by the use of a peudo–inverse. Numerical tests and experimental measurements validated the method.