Kompakte Modellierung von thermischen Effekten in Mikrosystemen

Abstract

In dieser Arbeit werden Methoden aufgezeigt und entwickelt, die eine Modellierung thermischer Effekte in mikrosystemtechnischen Komponenten und Gesamtsystemen ermöglichen. Ausgehend von den Wärmetransportmechanismen werden Kompaktmodelle erstellt, die auf der Basis von physikalischen Größen und Geometriedaten parametrisiert werden können und aus denen komplexe Modelle mikrosystemtechnischer Komponenten erstellt werden können. Aus den erarbeiteten Methoden zur Modellierung der thermischen Effekte in Mikrosystemen wurde eine Software entwickelt, mit der die Modellierung auf der Grundlage physikalischer Gleichungen durchgeführt werden kann. Dadurch soll der Einsatz der Modellierungssoftware in der Optimierung gewährleistet sein, so daß die Optimierung dieser Mikrosysteme bereits in der Designphase ermöglicht wird. Die Software enthält dazu Algorithmen zur Modellierung der verschiedenen thermischen Transportmechanismen und darüber hinaus die Kopplung von elektronischen und thermischen Komponenten ermöglichen. Es wurden Möglichkeiten zur Modellierung thermoelektrischer und elektrothermischer Wandler integriert. Ferner werden mit der Software auch mechanische und chemische mikrosystemtechnische Elemente in einer Simulation berücksichtigt. Das vollständige Design wird in die Modellierungssoftware eingegeben. Anschließend wird eine simulationsfähige Netzliste generiert.Bei der Realisierung der Modelle werden die in der Mikroelektronik etablierten Simulatoren PSPICE, HSPICE, SABER und ELDO unterstützt. Die Berücksichtigung von Netzwerksimulatoren wie PSPICE und HSPICE resultiert aus der Rücksichtnahme auf kleine und mittelständische Unternehmen (KMU), für die eine Anschaffung teuerer Verhaltenssimulatoren und der dafür notwendigen Rechnerplattformen nicht in Frage kommt. Die Arbeiten wurden zum Teil im Rahmen des Verbundprojektes MIMOSYS durchgeführt und sahen eine Berücksichtigung dieses Umstandes vor.