Praca ta powstała na Wydziale Elektroniki i Telekomunikacji Uniwersytetu "Federico II" w Neapolu,
w ramach wyjazdu stypendialnego Socrates – Erasmus.
Tematyka pracy jest poświęcona zagadnieniom związanym z przewodnictwem ciepła w stanach
ustalonych. Głównym celem pracy jest przebadanie nowego kompaktowego modelu termicznego do
analizy pola temperaturowego oraz przepływu ciepła w złożonych strukturach półprzewodnikowych.
Jako strukturę testową wybrano układ dwóch prostopadłościanów połączonych ze sobą idealnie pod
względem cieplnym. Przebadano wpływ rozmiaru oraz położenia źródła ciepła jak również dwóch
różnych sposobów modelowania źródła ciepła na parametry zaproponowanego modelu cieplnego
a w konsekwencji na pole temperaturowe. Wyniki modelu analitycznego zostały porównane
z wynikami numerycznymi badanej struktury. Symulacje numeryczne były przeprowadzane
w środowisku COMSOL Multiphysics 3.3, natomiast analityczne obliczenia w środowisku MATLAB
R2006b.
Ze względu na czasochłonność symulowania całej struktury oraz umoŜliwienie szczegółowego
przebadania zaproponowanego modelu, na wstępie badana domena została podzielona na dwie
mniejsze. Pozwoliło to nam na dokładniejsze wyznaczanie interesujących nas zmiennych, a także na
rozbudowywanie mniejszej struktury w celu poprawienia parametrów kompaktowego modelu
termicznego. Pierwszym etapem polepszenia wyników była dyskretyzacja powierzchni kontaktu,
odpowiednio dwa i cztery elementy. Symulacje i obliczanie zostało powtórzone dla dwóch mniejszych
domen z dyskretyzowanym kontaktem. W kolejnym etapie badania objęły równomierne
i nierównomierne warunki brzegowe. W celu porównania przeprowadzono symulacje całej struktury.
Pokazano, że zastosowanie funkcji kształtu opisującej rozkład temperatury na powierzchni kontaktu
znacznie poprawia otrzymane wyniki. W rezultacie otrzymano bardzo dokładny kompaktowy model
cieplny pozwalający na analizę stanów ustalonych w elementach elektronicznych.

This thesis was created during my stay at the Electronic and Telecommunications Engineering
Department of University of Naples “Federico II” within the Socrates- Erasmus program.
The dissertation is devoted to steady-state heat transfer problem. The main goal of the work is to
examine new thermal compact model for thermal field and heat transfer analysis in solid-states
electronics. Test structure consists of two parallelepipeds in perfect thermal contact. Size and
localization of the heat source as well as different approaches to heat source modelling were
investigated. The results of compact analytical thermal model have been compared with numerical
results of the tested structure. Numerical simulation have been conducted in COMSOL Multiphysics
3.3 environment and analytical calculations in MATLAB R2006b.
Due to the time-consuming calculations of the whole structure and needs for detailed analysis of the
proposed model, at the beginning of my simulations the complete structure was divided into two
separated sub-domains. It allows to evaluate and to investigate all the necessary parameters of the
compact thermal model. Second, the influence of surface discretisation was analysed. Simulations and
calculations were repeated for sub-domains with surfaces divided into two and four parts respectively.
Next, temperature distribution at the contact surface was examined. It was proven that the non-uniform
boundary conditions described with the aid of boundary function provided more realistic temperature
distribution, hence more accurate results. To compare, the simulations of the whole structure were
conducted. The elaborated compact thermal model supports the steady-state analysis in solid-states
devices.