Integrated through-silicon-via-based inductor design in buck converter for improved efficiency

Introduction. Through-silicon-via (TSV) is one of the most important components of 3D integrated circuits. Similar to two-dimensional circuits, the performance evaluation of 3D circuits depends on both the quality factor and inductance. Therefore, accurate TSV-inductor modeling is required for the design and analysis of 3D integrated circuits. Aim. This work proposes the equivalent circuit model of the TSV-inductor to derive the relations that determine both the quality factor and the inductance by Y-parameters. Methods. The model developed was simulated using MATLAB software, and it was used to evaluate the effect of redistribution lines width, TSV radius, and the number of turns on inductance and quality factor. Additionally, a comparative study was presented between TSV-based inductors and conventional inductors (i.e., spiral and racetrack inductors). Results. These studies show that replacing conventional inductors with TSV-inductors improved the quality factor by 64 % compared to a spiral inductor and 60 % compared to a racetrack inductor. Furthermore, the area of the TSV-inductor was reduced up to 1.2 mm². Using a PSIM simulator, the application of an integrated TSV-inductor in a buck converter was studied, and the simulation gave very good results in 3D integration compared to 2D integration. Moreover, the simulation results demonstrated that using a TSV-inductor in a buck converter could increase its efficiency by up to 15 % and 6 % compared to spiral and racetrack inductors, respectively.Вступ. Наскрізне з’єднання кремнію (TSV) є одним з найважливіших компонентів тривимірних інтегральних схем. Подібно до двовимірних схем, оцінка продуктивності тривимірних схем залежить як від добротності, так і від індуктивності. Тому для проєктування та аналізу тривимірних інтегральних схем необхідне точне моделювання TSV-індуктора. Мета. У цій роботі пропонується еквівалентна модель схеми TSV-індуктора для виведення співвідношень, що визначають як добротність, так і індуктивність за Y-параметрами. Методи. Розроблена модель була змодельована з використанням програмного забезпечення MATLAB та використана для оцінки впливу ширини ліній перерозподілу, радіусу TSV та кількості витків на індуктивність та добротність. Крім того, було представлено порівняльне дослідження між індукторами на основі TSV та звичайними індукторами (тобто спіральними та індукторами типу бігова доріжка). Результати. Ці дослідження показують, що заміна звичайних індукторів на TSV-індуктори покращила добротність на 64 % порівняно зі спіральним індуктором і на 60 % порівняно з індуктором типу бігова доріжка. Крім того, площа TSV-індуктора була зменшена до 1,2 мм². За допомогою симулятора PSIM було вивчено застосування вбудованого дроселя TSV в знижувальному перетворювачі, і моделювання дало дуже хороші результати при 3D-інтеграції порівняно з 2D-інтеграцією. Більш того, результати моделювання показали, що використання TSV-індуктора в понижувальному перетворювачі дозволяє підвищити його ефективність до 15% та 6 % порівняно зі спіральними індукторами та індукторами типу бігова доріжка відповідно

Integrated through-silicon-via-based inductor design in buck converter for improved efficiency

Introduction. Through-silicon-via (TSV) is one of the most important components of 3D integrated circuits. Similar to two-dimensional circuits, the performance evaluation of 3D circuits depends on both the quality factor and inductance. Therefore, accurate TSV-inductor modeling is required for the design and analysis of 3D integrated circuits. Aim. This work proposes the equivalent circuit model of the TSV-inductor to derive the relations that determine both the quality factor and the inductance by Y-parameters. Methods. The model developed was simulated using MATLAB software, and it was used to evaluate the effect of redistribution lines width, TSV radius, and the number of turns on inductance and quality factor. Additionally, a comparative study was presented between TSV-based inductors and conventional inductors (i.e., spiral and racetrack inductors). Results. These studies show that replacing conventional inductors with TSV-inductors improved the quality factor by 64 % compared to a spiral inductor and 60 % compared to a racetrack inductor. Furthermore, the area of the TSV-inductor was reduced up to 1.2 mm². Using a PSIM simulator, the application of an integrated TSV-inductor in a buck converter was studied, and the simulation gave very good results in 3D integration compared to 2D integration. Moreover, the simulation results demonstrated that using a TSV-inductor in a buck converter could increase its efficiency by up to 15 % and 6 % compared to spiral and racetrack inductors, respectively.Вступ. Наскрізне з’єднання кремнію (TSV) є одним з найважливіших компонентів тривимірних інтегральних схем. Подібно до двовимірних схем, оцінка продуктивності тривимірних схем залежить як від добротності, так і від індуктивності. Тому для проєктування та аналізу тривимірних інтегральних схем необхідне точне моделювання TSV-індуктора. Мета. У цій роботі пропонується еквівалентна модель схеми TSV-індуктора для виведення співвідношень, що визначають як добротність, так і індуктивність за Y-параметрами. Методи. Розроблена модель була змодельована з використанням програмного забезпечення MATLAB та використана для оцінки впливу ширини ліній перерозподілу, радіусу TSV та кількості витків на індуктивність та добротність. Крім того, було представлено порівняльне дослідження між індукторами на основі TSV та звичайними індукторами (тобто спіральними та індукторами типу бігова доріжка). Результати. Ці дослідження показують, що заміна звичайних індукторів на TSV-індуктори покращила добротність на 64 % порівняно зі спіральним індуктором і на 60 % порівняно з індуктором типу бігова доріжка. Крім того, площа TSV-індуктора була зменшена до 1,2 мм². За допомогою симулятора PSIM було вивчено застосування вбудованого дроселя TSV в знижувальному перетворювачі, і моделювання дало дуже хороші результати при 3D-інтеграції порівняно з 2D-інтеграцією. Більш того, результати моделювання показали, що використання TSV-індуктора в понижувальному перетворювачі дозволяє підвищити його ефективність до 15% та 6 % порівняно зі спіральними індукторами та індукторами типу бігова доріжка відповідно

Morphology, static and fatigue behavior of a natural UD composite: The date palm petiole ‘wood’

International audienc

Experimental and numerical studies on the low-velocity impact response of orthogrid epoxy panels reinforced with short plant fibers

Experimental and numerical studies were conducted to analyze the low-velocity impact response of orthogrid stiffened panels reinforced with short alfa fibers. Tensile specimens and orthogrid panels were fabricated with two types of epoxy resins and different fractions of crushed and sieved alfa fibers (fiber volume fraction (V f ) from 10% to 50%). Impact tests were conducted on the orthogrid panels to investigate their low-velocity transverse impact behavior. The resistance to damage increased with an increase in fiber content and improvement in the mechanical properties of the composites (measured in static). Bending tests carried out on pre-impacted and non-impacted panels revealed a change in the linearity of the initial bending behavior, which could be justified by the small cracks generated by impact. A numerical model of impact on the orthogrid stiffened composite panels was developed using the nonlinear Hertz's contact model. To simulate the failure mechanism and load-time history, a standard Tsai-Wu failure criterion was used on ANSYS explicit dynamic software. The simulations show a good correlation with the experimental data. The dominant stresses for damage evolution are found to be normal stresses. The presence of a stiffener reduces the stress, which confirms that stiffeners limit the propagation of damage. © 201

The effects of insecticide dose and herbivore density on tri-trophic effects of thiamethoxam in a system involving wheat, aphids, and ladybeetles

We assess how herbivore density and insecticide dose affects the tri-trophic interactions among thiamethoxam-treated wheat (Triticum sp.), Rhophalosiphum padi and the predatory Coleomegilla maculata DeGeer. In the first experiment 2nd and 4th instar C. maculata were fed aphids reared for 24 h on wheat plants treated with sub-lethal thiamethoxam soil drenches to assess the effect of insecticidal dose on the predator. In the second experiment a constant, sub-lethal thiamethoxam soil drench was used on wheat plants, but the plants were infested with different densities of aphids. Aphids from each density treatment were then fed to C. maculata 2nd instars. Insecticide levels within wheat and aphid tissues were quantified using a competitive ELISA. In experiment one, 4th instars of C. maculata displayed no negative effects after consuming aphids from treated plants. However, 2nd instars of C. maculata ate more treated aphids than untreated aphids and larval development times varied between the untreated larvae and those receiving the low dose of the insecticide. In experiment two, the 2nd instar C. maculata displayed slower walking speeds after consuming aphids from low aphid density plants. Thiamethoxam within wheat tissue was found at higher levels with increasing dose. This insecticide was also found at higher levels in wheat plants with the lowest aphid density. Clothianidin, a toxic metabolite of thiamethoxam, was found in aphids that had fed on thiamethoxam-treated wheat, but no differences between treatments were observed. The neonicotinoid treatment altered the quality of R. padi as prey for 2nd instar C. maculata, but this depended on the aphid infestation level on the plants. In addition to revealing a potential deleterious effect of thiamethoxam systemic insecticides in wheat, our assays provide insight into the design and interpretation of toxicity assays involving systemic neonicotinoids and herbivores

Overheating calculation methods, criteria, and indicators in European regulation for residential buildings

With the ongoing significance of overheating calculations in the residential building sector, building codes such as the European Energy Performance of Building Directive (EPBD) are essential for harmonizing the indicators and performance thresholds. This paper investigates Europe's overheating calculation methods, indicators, and thresholds and evaluates their ability to address climate change and heat events. e study aims to identify the suitability of existing overheating calculation methods and propose recommendations for the EPBD. The study results provide a cross-sectional overview of twenty-six European countries. The most influential overheating calculation criteria are listed the best approaches are ranked. The paper provides a thorough comparative assessment and recommendations to align current calculations with climate-sensitive metrics. The results sug-gest a framework and key performance indicators that are comfort-based, multi-zonal, and time-integrated to calculate overheating and modify the EU's next building energy efficiency regulations. The results can help policymakers and building professionals to develop the next overheating calculation framework and approach for the future development of climate-proof and resilient residential buildings

Overheating calculation methods, criteria, and indicators in European regulation for residential buildings

With the ongoing significance of overheating calculations in the residential building sector, building codes such as the European Energy Performance of Building Directive (EPBD) are essential for harmonizing the indicators and performance thresholds. This paper investigates Europe's overheating calculation methods, indicators, and thresholds and evaluates their ability to address climate change and heat events. e study aims to identify the suitability of existing overheating calculation methods and propose recommendations for the EPBD. The study results provide a cross-sectional overview of twenty-six European countries. The most influential overheating calculation criteria are listed the best approaches are ranked. The paper provides a thorough comparative assessment and recommendations to align current calculations with climate-sensitive metrics. The results suggest a framework and key performance indicators that are comfort-based, multi-zonal, and time-integrated to calculate overheating and modify the EU's next building energy efficiency regulations. The results can help policymakers and building professionals to develop the next overheating calculation framework and approach for the future development of climate-proof and resilient residential buildings