Réduction de modèles thermiques non-linéaires par méthode modale appliquée à la modélisation de composants électroniques complexes.

Reduction of non-linear thermal models by modal reduction method applied to the modeling of complex electronic components.

• Auteur / Autrice : Fatme Mustapha
• Direction : Olivier QuÉmÉner, Frédéric Joly
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMEE - Laboratoire de mécanique et d'énergétique d'Evry
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)

Mots clés

Mots clés libres

Energétique

Thermique

Combustion

Energetic

Thermal

Combustion

Résumé

La miniaturisation des composants électroniques s'accompagne d'une augmentation de la densité de puissance thermique dissipée : la thermique est devenue un critère dimensionnant lors de la conception de carte électroniques. L'émergence de nouvelles technologies plus complexes nécessite de réévaluer les méthodes traditionnelles de modélisation thermique de l'électronique. A ce titre, le groupe Thales Group et l'équipe Thermique et Energie du Laboratoire de Mécanique et d'Energétique d'Evry collaborent afin d'évaluer une méthode de réduction modale. Les méthodes modales consistent à rechercher la solution sous la forme d'une somme pondérée de champs élémentaires, ces derniers étant appelés modes. Ces modes sont calculés en résolvant numériquement un problème aux valeurs propres. Lorsqu'un faible nombre de modes suffit à reconstruire correctement le champ de température, alors ces méthodes réduisent efficacement le problème posé et les temps calcul associés. Cet aspect a été éprouvé pour des composants pris isolément, dotés ou non de plusieurs semi-conducteurs, via une méthode de sous-structuration modale. Cette thèse est inscrite dans la continuité des travaux initiés par Sébastien Grosjean et concernera la possibilité d'un traitement des phénomènes non-linéaires. Ce nouvel aspect fera l'objet d'un travail de bibliographie. Toutefois, seuls les semi-conducteurs du composant sont concernés par les non-linéarités. Aussi la méthode de sous-structuration modale offre une solution intéressante et des perspectives pour réduire le temps nécessaire à la création du modèle réduit. Des études plus théoriques devront être menées et une méthode d'amalgame pourra aussi être envisagée. Parallèlement à ces travaux théoriques, un travail d'ingénierie logicielle sera à mener afin d'assurer le transfert technologique du laboratoire vers l'industrie, en particulier la connexion entre la suite logicielle utilisée par Thales et le code de calcul de recherche développé par le LMEE. Pour être complétement compatible, la partie éléments finis du code de calcul devra être étoffée. Enfin, l'intégration du modèle thermique dans un code CFD sera évaluée. La communication entre deux codes de calculs utilisant des méthodes numériques différentes sera un autre point fort du travail de thèse.

The miniaturization of electronic components is accompanied by an augmentation in the density of dissipated thermal power: Thermal science has become a sizing criterion during the design of electronic boards. The emergence of new and more complex technologies requires a re-evaluation of traditional methods of electronics thermal modeling. As such, Thales group team and Thermal and Energy team of the Laboratory of Mechanics and Energetics of Évry have been collaborating in order to evaluate a modal reduction method. The modal methods consist of finding the solution in the form of a weighted sum of elementary fields called modes. These modes are calculated by numerically solving a problem with the eigenvalues. When a small number of modes is enough to reconstruct correctly the temperature field, then these methods reduce effectively the problem posed and the associated computation times. This aspect was tested for components taken in isolation, endowed (or not) with several semiconductors, via a method of modal substructuring. This thesis is a continuation of the work initiated by Sébastien Grosjean and will concern the possibility of a treatment of non-linear phenomena. This new aspect will be the bibliography subject. However, only the semiconductors of the component are affected by non-linearities. Besides that, the method of modal substructuring offers an interesting solution and perspectives to reduce the required time for the creation of the reduced model. More theoretical studies should be carried out and an amalgam method could also be considered. In parallel to this theoretical work, a software engineering work will be carried out in order to ensure the technological transfer from the laboratory to the industry, in particular the connection between the software suite used by Thales and the research code developed by the LMEE. To be completely compatible, the finite element part of the calculation code should be expanded. Finally, the integration of the thermal model in a CFD code will be evaluated. Moreover, the communication between two calculation codes using different numerical methods will be another strong point of the thesis work.