29、超薄芯片系统模块热建模与薄硅光学特性分析

超薄芯片系统模块热建模与薄硅光学特性分析

1. 超薄芯片系统（UTCS）模块热建模

在对UTCS模块进行数值热分析时，结构的复杂性是一个主要问题。热量在不同区域流动，这些区域的尺寸和材料特性差异巨大，这给网格生成带来了很大困难，同时也增加了计算时间和内存需求。对于非对称结构，无法利用结构和散热模式的对称性进行简化，需要对整个结构进行模拟，计算量巨大。

为了简化复杂电子系统的数值热分析，可以采用紧凑热模型（CTM）。CTM的核心思想是将整个系统划分为多个子系统，为每个子系统开发一个CTM。例如，可将图中所示结构划分为子系统A和子系统B。具体操作步骤如下：
1. 划分接触表面 ：将两个子系统之间的接触表面划分为多个表面元素Si，这些元素被称为CTM的热节点。
2. 建立热节点关系 ：建立热节点处（平均）温度和热通量之间的关系，通常为线性方程，方程中的参数可通过对每个子系统进行数值模拟或实验表征来确定。

通过这种方式，无需对整个系统进行数值热分析，可针对每个子系统进行优化模拟。

在图中可以看到，子系统A和B之间的接触表面可离散为两个元素。提取所有子系统的CTM参数后，可将这些CTM组合起来解决整个系统的热问题。一种常见的方法是假设边界表面元素Si上的温度分布均匀，但由于实际温度场通常不均匀，因此需要对边界表面进行足够精细的离散化。通过适当的边界离散化，CTM可以再现边界界面上复杂的温度或热通量分布，具有边界条件独立性，即当系统的任何部分或环境条件发生变化时，仍能保持较高的准确性。

为了进一步提高CTM的准确性，可以假设边界表面元素上的温度或热通量分布是