1.本公开涉及电子器件热评估及热设计技术领域，尤其涉及一种电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法及装置。
背景技术：2.以芯片为代表的电子器件的发展主导了计算机和通信技术的发展，进而影响了社会生活的方方面面。为了提高工作性能，电子器件主频不断提高，并进一步朝着小型化和集成化的方向发展，器件发热量和热流密度急剧增加，高密度集成条件下，芯片内部的热流密度已超过太阳表面，准确评估并进一步提升电子器件散热能力，避免高温及热应力引发的失效，已成为亟待解决的关键问题。
3.然而，电子器件散热的评估及设计优化仍存在明显局限。首先，散热性能的评估及散热优化设计的效果验证需要依赖于电子器件内部材料的热传递性能，但由于制备过程中的界面约束，电子器件内纳米材料内存在明显的分布不均的残余应力，而不同应力条件下的纳米材料热传递特性也将产生明显变化；此外，工作状态引起的热应力将进一步影响纳米材料的热传递特性。因此，在不充分考虑应力影响的条件下，电子器件内部的热物性难以精确给出，而模拟得到的温度场也将存在巨大偏差，这会直接影响散热性能评估的可靠性及散热优化设计的效果。其次，现有的散热设计优化往往在电设计完成后进行，而完全依据散热性能最优设计得到的器件布局可能破坏器件的电学设计，影响器件的正常运行；在不破坏电设计布局的基础上，大多数热设计方法只能增加额外的散热部件提升器件散热性能，而额外的散热部件势必引入额外的能耗，增加了电子器件的运行成本。因此，亟待开发尽可能避免额外能耗的电子器件散热优化设计方法。
4.综上所述，由于未考虑力场影响，现有的电子器件散热性能评估方法的准确性和可靠性有待进一步提高，而散热优化方法还存在额外能耗大、优化效果差的问题，亟待开发无需破坏原本电学设计且考虑多力场耦合影响的低能耗散热优化设计方法。
技术实现要素：5.本公开提供了一种电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法及装置，主要目的在于提高电子器件散热性能评估的准确性和可靠性，降低对电子器件进行散热优化时的所需的额外能耗，提高对电子器件进行散热优化时的优化效果。
6.根据本公开的一方面，提供了一种电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法，包括：
7.获取目标器件；
8.确定所述目标器件对应的初始应力场及约束分布；
9.基于所述初始应力场及约束分布对所述目标器件的散热性能进行评估；
10.基于所述初始应力场及约束分布对所述目标器件的散热性能进行评估，若所述目标器件对应的散热性能评估结果不满足器件散热性能条件，则对所述初始应力场及约束分
布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案。
11.可选地，在本公开的一个实施例中，所述目标器件包括半导体层和衬底层，所述确定所述目标器件对应的初始应力场及约束分布，包括：
12.基于目标环境温度，测量所述半导体层对应的半导体层拉曼光谱，基于所述半导体层拉曼光谱对应的特征峰信息确定所述半导体层对应的残余应力分布；
13.基于所述目标环境温度，测量所述衬底层的衬底层拉曼光谱，基于所述衬底层拉曼光谱对应的特征峰信息确定所述半导体层和所述衬底层之间的界面相互作用；
14.根据半导体层特征峰信息和衬底层特征峰信息随环境温度的变化趋势，确定所述半导体层和所述衬底层之间的热应力随环境温度的变化趋势，以确定所述半导体层对应的半导体层约束分布和所述衬底层对应的衬底层约束分布；
15.根据所述残余应力分布、所述界面相互作用、所述半导体层约束分布和所述衬底层约束分布，确定所述目标器件对应的初始应力场及约束分布和初始温度场分布。
16.可选地，在本公开的一个实施例中，所述基于所述初始应力场及约束分布对所述目标器件的散热性能进行评估，包括：
17.控制所述目标器件处于工作状态；
18.根据所述初始应力场及约束分布和所述初始温度场分布，确定处于工作状态的所述目标器件对应的散热性能参数集合；
19.根据所述散热性能参数集合确定所述目标器件对应的散热性能评估结果。
20.可选地，在本公开的一个实施例中，所述对所述初始应力场及约束分布进行优化，包括：
21.根据所述半导体层对应的压应力和热导率，对所述目标器件中的残余应力进行优化；
22.根据所述半导体层对应的压应力、拉应力和热导率，对所述半导体层产生的热应力进行优化；
23.调整所述半导体层对应的材料参数和所述衬底层对应的材料参数，以对所述半导体层和所述衬底层之间的界面热阻进行优化。
24.可选地，在本公开的一个实施例中，所述调整所述半导体层对应的材料参数和所述衬底层对应的材料参数，以对所述半导体层和所述衬底层之间的界面热阻进行优化，包括：
25.基于法向应力场设计方法，设计所述半导体层和所述衬底层之间的法向约束；
26.根据所述法向约束，调整所述半导体层对应的材料参数和所述衬底层对应的材料参数，以增加所述半导体层和所述衬底层之间的法向压应力，降低所述半导体层和所述衬底层之间的界面热阻。
27.可选地，在本公开的一个实施例中，所述对所述初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案，包括：
28.对所述初始应力场及约束分布进行优化，得到第一应力场及约束分布，以及与所述第一应力场及约束分布对应的第一目标器件；
29.对所述第一目标器件的散热性能进行评估，得到所述第一目标器件对应的散热性能评估结果；
30.若所述第一目标器件对应的散热性能评估结果满足所述器件散热性能条件，则确定所述第一应力场及约束分布为所述目标应力场及约束分布设计方案；
31.若所述第一目标器件对应的散热性能评估结果不满足所述器件散热性能条件，则对所述第一应力场及约束分布继续进行优化，直至得到所述满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案。
32.可选地，在本公开的一个实施例中，在所述对所述初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案之后，还包括：
33.根据所述目标应力场及约束分布设计方案对所述目标器件进行散热优化；
34.确定处于工作状态的散热优化后的目标器件对应的目标温度场分布，以及目标应力场及约束分布；
35.根据所述目标温度场分布和所述目标应力场及约束分布，验证所述目标应力场及约束分布设计方案的有效性。
36.根据本公开的另一方面，提供了一种电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置，其特征在于，包括：电源模块、放置平台、标定模块、模拟评估模块和优化设计模块；其中，
37.所述电源模块，用于为目标器件提供工作电源；
38.所述放置平台，用于放置所述目标器件；
39.所述模拟评估模块，用于基于所述标定模块，对所述目标器件对应的应力场分布进行模拟分析，确定所述目标器件对应的初始应力场及约束分布；
40.所述优化设计模块，用于对所述初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案。
41.可选地，在本公开的一个实施例中，所述放置平台包括移动子平台和温控子平台，所述标定模块包括：探测激光器、加热激光器、第一电光调制器、第二电光调制器、双通道信号发生器、拉曼光谱仪及测量光路模块、温控平台控制器和拉曼光谱信号采集及处理系统；其中，
42.所述探测激光器与所述第一电光调制器连接，用于输出探测连续激光信号；
43.所述加热激光器与所述第二电光调制器连接，用于输出加热连续激光信号；
44.所述双通道信号发生器分别与所述第一电光调制器和所述第二电光调制器连接，用于控制所述第一电光调制器将所述探测连续激光信号调制为探测脉冲激光信号，以及，控制所述第二电光调制器将所述加热连续激光信号调制为加热脉冲激光信号；
45.所述拉曼光谱仪及测量光路模块分别与所述第一电光调制器和所述第二电光调制器连接，用于控制所述探测脉冲激光信号和所述加热脉冲激光信号以脉冲光的形式聚焦于所述目标器件；
46.所述移动子平台，用于移动所述目标器件，以控制所述脉冲光的聚焦位置；
47.所述温控子平台，用于控制所述目标器件所处的环境温度；
48.所述温控平台控制器，用于控制所述温控子平台的工作状态，以及控制所述温控子平台对应的温度；
49.所述拉曼光谱信号采集及处理系统与所述拉曼光谱仪及测量光路模块连接，用于记录拉曼光谱仪收集的拉曼光谱信号，并分析所述拉曼光谱信号对应的特征峰信息。
50.可选地，在本公开的一个实施例中，所述模拟评估模块与所述拉曼光谱信号采集及处理系统连接，还用于基于所述特征峰信息对所述目标器件对应的应力场及温度场进行模拟分析，以及，对所述目标器件的散热性能进行评估。
51.根据本公开的另一方面，提出了一种电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置，包括：
52.至少一个处理器；以及
53.与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
54.所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述一方面中任一项所述的方法。
55.根据本公开的另一方面，提出了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行前述一方面中任一项所述的方法。
56.根据本公开的另一方面，提出了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现前述一方面中任一项所述的方法。
57.在本公开一个或多个实施例中，通过获取目标器件；确定目标器件对应的初始应力场及约束分布；基于初始应力场及约束分布对目标器件的散热性能进行评估，若目标器件对应的散热性能评估结果不满足器件散热性能条件，则对初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案。因此，通过对初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案，可以获取到满足器件散热性能条件的优化后的目标器件，可以在判断目标器件是否满足散热性能条件时充分考虑力场影响，可以提高电子器件散热性能评估的准确性和可靠性。同时，通过对初始应力场及约束分布进行优化，可以在不破坏电设计布局的基础上，实现无需其他额外能量供应的电子器件散热性能优化，可以降低对电子器件进行散热优化时的所需的额外能耗，可以提高对电子器件进行散热优化时的优化效果。
58.本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
59.本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
60.图1示出本公开实施例提供的第一种电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法的流程示意图；
61.图2示出本公开实施例提供的第二种电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法的流程示意图；
62.图3示出本公开实施例提供的残余应力分布确定的操作示意图；
63.图4示出本公开实施例提供的衬底材料确定的流程示意图；
64.图5示出本公开实施例提供的通过双波长闪光拉曼法确定界面热阻的测量原理示意图；
65.图6示出本公开实施例提供的调控目标器件面内应力及法向应力后目标器件工作状态下的最高温度模拟结果示意图；
66.图7示出本公开实施例提供的目标器件散热性能评估示意图；
67.图8示出本公开实施例提供的一种电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法的结构示意图；
68.图9是用来实现本技术实施例的电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法的电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置的框图。
具体实施方式
69.下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。相反，本公开的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
70.下面结合具体的实施例对本技术进行详细说明。
71.在第一个实施例中，如图1所示，图1示出本公开实施例提供的第一种电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法的流程示意图，该方法可依赖于计算机程序实现，可运行于进行电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计的装置上。该计算机程序可集成在应用中，也可作为独立的工具类应用运行。
72.具体的，该电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法包括：
73.s11，获取目标器件；
74.根据一些实施例，目标器件指的是待评估或待优化的电子器件。该目标器件并不特指某一固定器件。该目标器件包括但不限于微传感器、芯片、功率器件等。
75.易于理解的是，当进行电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计时，可以获取目标器件。
76.s12，确定目标器件对应的初始应力场及约束分布；
77.根据一些实施例，应力场分布及约束分布指的是器件内部的力场分布及约束分布。初始应力场及约束分布指的是目标器件内部的力场分布及约束分布。该初始应力场及约束分布并不特指某一固定分布。例如，当目标器件发生变化时，该初始应力场及约束分布可以发生变化。
78.易于理解的是，当获取到目标器件时，可以确定该目标器件对应的初始应力场及约束分布。
79.s13，基于初始应力场及约束分布对目标器件的散热性能进行评估，若目标器件对应的散热性能评估结果不满足器件散热性能条件，则对初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案；
80.根据一些实施例，散热性能指的是体系的热量向外界扩散的性能，是一种表征体系散热优劣的指标。
81.在一些实施例中，基于初始应力场及约束分布对目标器件的散热性能进行评估，可以得到目标器件对应的散热性能评估结果。该目标器件对应的散热性能评估结果并不特指某一固定结果。例如，当目标器件发生变化时，该目标器件对应的散热性能评估结果可以发生变化。
82.根据一些实施例，器件散热性能条件指的是用于判断器件的散热性能是否满足要求时采用的条件。该器件散热性能条件并不特指某一固定条件。例如，当获取到针对器件散热性能条件的条件修改指令时，该器件散热性能条件可以发生变化。当目标器件发生变化时，该器件散热性能条件也可以发生变化。
83.在一些实施例中，目标应力场及约束分布设计方案指的是对初始应力场及约束分布进行优化时得到的满足器件散热性能条件的优化方案。该目标应力场及约束分布设计方案并不特指某一固定分布。例如，当初始应力场及约束分布发生变化时，该目标应力场及约束分布设计方案可以发生变化。当器件散热性能条件发生变化时，该目标应力场及约束分布设计方案也可以发生变化。
84.易于理解的是，当确定目标器件对应的初始应力场及约束分布时，可以基于初始应力场及约束分布对目标器件的散热性能进行评估。若判断目标器件对应的散热性能评估结果不满足器件散热性能条件，则可以对初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案。
85.综上，本公开实施例提出的方法，通过获取目标器件；确定目标器件对应的初始应力场及约束分布；基于初始应力场及约束分布对目标器件的散热性能进行评估，若目标器件对应的散热性能评估结果不满足器件散热性能条件，则对初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案。因此，通过对初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案，可以获取到满足器件散热性能条件的优化后的目标器件，可以在判断目标器件是否满足散热性能条件时充分考虑力场影响，可以提高电子器件散热性能评估的准确性和可靠性。同时，通过对初始应力场及约束分布进行优化，可以在不破坏电设计布局的基础上，实现无需其他额外能量供应的电子器件散热性能优化，可以降低对电子器件进行散热优化时的所需的额外能耗，可以提高对电子器件进行散热优化时的优化效果。
86.请参见图2，图2示出本公开实施例提供的第二种电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法的流程示意图。
87.具体的，该电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法包括：
88.s21，获取目标器件；
89.根据一些实施例，目标器件可以包括半导体层和衬底层。
90.在一些实施例中，半导体层指的是电子器件内部作为反应区或沟道的半导体材料层。该半导体层并不特指某一固定层。该半导体层采用的材料包括但不限于硅、氮化镓、碳化硅、砷化镓等等。
91.在一些实施例中，衬底层指的是电子器件内部半导体层下方的衬底材料层。该衬底层并不特指某一固定层。该衬底层采用的材料包括但不限于硅、锗、碳化硅、氮化镓、砷化镓等晶态半导体、玻璃半导体和有机半导体等等。
92.根据一些实施例，目标器件也可以为在基板上固定电子器件后得到的器件。
93.在一些实施例中，该基板并不特指某一固定基板。该基板采用的材料包括但不限于印制电路板(printed circuit board，pcb)基板等。
94.易于理解的是，当进行电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计时，可以获取目标器件。
95.s22，基于目标环境温度，测量半导体层对应的半导体层拉曼光谱，基于半导体层拉曼光谱对应的特征峰信息确定半导体层对应的残余应力分布；
96.根据一些实施例，目标环境温度指的是确定半导体层对应的残余应力分布时，采用的环境温度。该目标环境温度并不特指某一固定温度。例如，当目标器件发生变化时，该目标环境温度可以发生变化。当获取到针对目标环境温度的温度修改指令时，该目标环境温度也可以发生变化。
97.在一些实施例中，拉曼光谱是一种散射光谱。半导体层拉曼光谱指的是半导体层对应的拉曼光谱。该半导体层拉曼光谱包括半导体层不同位置的拉曼光谱。
98.在一些实施例中，特征峰信息指的是拉曼光谱中的拉曼特征峰对应的信息。该特征峰信息并不特指某一固定信息。该特征峰信息包括但不限于拉曼特征峰的峰位、峰强、半高宽、峰强比等。
99.在一些实施例中，残余应力指的是消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在器件内的自相平衡的内应力。残余应力分布指的是半导体层中残余应力的分布。该残余应力分布并不特指某一固定分布。例如，当目标器件发生变化时，该残余应力分布可以发生变化。当目标环境温度发生变化时，该残余应力分布也可以发生变化。
100.根据一些实施例，当基于半导体层拉曼光谱对应的特征峰信息确定半导体层对应的残余应力分布时，可以基于半导体层拉曼特征峰峰位分布及峰位-应力偏移系数确定。其中，峰位-应力偏移系数的确定方法包括但不限于文献获取和实验标定等等。
101.例如，当电子器件的半导体层为氮化镓(gan)半导体层时，该残余应力分布可以基于氮化镓半导体层某一拉曼特征峰峰位ω分布及峰位-应力偏移系数k
σ
确定。具体的，图3示出本公开实施例提供的残余应力分布确定的操作示意图。其中，图3(a)为电子器件在温控平台上的摆放示意图，图3(b)为探测激光在电子器件上的聚焦示意图。如图3所示，不开启温控平台变温，在目标环境温度下，给电子器件施加工作电信号以测量无约束区域的氮化镓半导体层对应的拉曼特征峰的初始峰位ω0。通过改变探测激光在目标器件上的聚焦位置，可以获得不同位置的氮化镓半导体层对应的拉曼特征峰峰位ω，进而可以通过(ω-ω0)/k
σ
确定测量位置处的残余应力。
102.易于理解的是，当获取到目标器件时，可以基于目标环境温度，测量目标器件中半导体层对应的半导体层拉曼光谱。进而，可以基于半导体层拉曼光谱对应的特征峰信息确定该半导体层对应的残余应力分布。
103.s23，基于目标环境温度，测量衬底层的衬底层拉曼光谱，基于衬底层拉曼光谱对应的特征峰信息确定半导体层和衬底层之间的界面相互作用；
104.根据一些实施例，衬底层拉曼光谱指的是衬底层对应的拉曼光谱。该衬底层拉曼光谱并不特指某一固定光谱。例如，当目标器件发生变化时，该衬底层拉曼光谱可以发生变化。当目标环境温度发生变化时，该衬底层拉曼光谱也可以发生变化。
105.在一些实施例中，界面相互作用指的是半导体层和衬底层之间的界面相互作用。该界面相互作用并不特指某一固定相互作用。该界面相互作用包括但不限于衬底层与半导体层之间的界面热阻、衬底层与半导体层之间的范德华力作用等等。
106.例如，图4示出本公开实施例提供的衬底材料确定的流程示意图。其中，图4(a)为待测目标器件的结构示意图，图4(b)为拉曼光谱的波形示意图。如图4所示，除了氮化镓半
导体层的特征峰之外，拉曼光谱在610cm-1
、780cm-1
和970cm-1
附近均出现了显著的拉曼特征峰，而与标准样品的拉曼光谱数据库比对可知，上述特征峰为碳化硅(sic)的拉曼特征峰，进而可确定该待测目标器件的衬底层为碳化硅(sic)衬底层。
107.在一些实施例中，当扫描确定不同位置处的衬底层与半导体层之间的界面相互作用时，可以通过拉曼方法原位测量衬底层与半导体层之间的界面热阻。也可以通过计算衬底层与半导体层的晶格结构获得衬底层与半导体层之间的界面相互作用。
108.在一些实施例中，拉曼方法指的是利用拉曼效应进行光谱分析的光学分析方法。该拉曼方法并不特指某一固定方法。该拉曼方法包括但不限于双波长闪光拉曼法、综合拉曼光谱法等等。
109.在一些实施例中，图5示出本公开实施例提供的通过双波长闪光拉曼法确定界面热阻的测量原理示意图。其中，图5(a)为导热模型的结构示意图，图5(b)为瞬态测量所需的双波长闪光脉冲序列的波形示意图。
110.其中，如图5(a)所示，界面能量传递过程中受到了半导体层纳米材料自身热传递特性(热导率λ、热扩散率α)和其与衬底之间热交换(界面热导g)的综合影响。这种情况下，有衬底支撑的半导体层符合二维导热模型，目标器件初始温度为环境温度，加热激光和探测激光均符合高斯分布，探测激光的功率远小于加热激光的功率，加热效应可忽略。在稳态测量过程中，使用连续加热激光加热纳米材料和衬底至稳态，移动连续探测激光,获取半导体层和衬底的拉曼特征峰，进而可以确定温度分布。由于有衬底支撑纳米材料，导致纳米材料与衬底的热容量差异巨大，在激光加热的条件下，衬底温升通常远小于样品温升，可忽略不计。在此条件下，选取无量纲温度θ0＝ηq0l2/λδ，则半导体层的无量纲温升θ
st
(x)可视为变量x＝rh/l，和参数bi＝gl2/λδ影响的函数。最终，利用加热中心的最高温度θ
st
(0)对稳态温升进行归一化，即可消除无量纲温度θ0的影响。拟合半导体层稳态归一化温度分布，即可确定参数bi。
111.其中，θ
st
(x)为半导体层在无量纲坐标x处的稳态温升，g为半导体层与衬底之间的界面热导，η为半导体层的激光吸收率，λ为半导体层的热导率，δ为半导体层的厚度，q0为加热激光中心点热流密度，rh为加热激光光斑半径，l为选定的特征长度。
112.其中，如图5(b)所示，瞬态过程使用脉冲宽度为th的加热脉冲激光加热目标器件，加热脉冲间隔时，样品温升恢复为零。在忽略衬底温升的条件下，经过长度和时间的无量纲化处理，可以发现目标器件的瞬态温升曲线为参数θ0、bi和fo的函数，其中，fo＝αt0/l2，t0为特征时间。而bi已由稳态过程获得，参数θ0的影响可由归一化分析或温度相位分析消除，因此根据测量得到的温升曲线，即可拟合得到样品的热扩散率α。基于半导体纳米材料密度ρ和比热c
p
可以确定半导体层的热导率λ，将热导率λ带入参数bi即可获得界面热导g，界面热阻为界面热导的倒数，即衬底层与半导体层之间的界面热阻r＝1/g。
113.根据一些实施例，当确定衬底层与半导体层之间的范德华力作用时，可以根据势函数求导确定。例如，以lennard-jones势函数为例，两个原子间的势能e为
[0114][0115]
其中，r为原子间距离，ε是势井深度，ε反应两个原子间相互吸引作用的强弱，ψ是
作用势等于0时两个原子间的间距。
[0116]
则原子间的范德华力f为：
[0117][0118]
依据方程(2)，带入半导体材料与衬底材料的相关参数，即可确定衬底与半导体层之间的范德华力。
[0119]
根据一些实施例，当基于衬底层拉曼光谱对应的特征峰信息确定半导体层和衬底层之间的界面相互作用时，由于不同的材料具有不同的拉曼特征峰，因此可以基于衬底层拉曼光谱对应的特征峰信息确定衬底层对应的衬底材料。进而可以扫描确定不同位置处的衬底层与半导体层之间的界面相互作用。
[0120]
易于理解的是，当获取到目标器件时，可以基于目标环境温度，测量衬底层的衬底层拉曼光谱。进而，可以基于该衬底层拉曼光谱对应的特征峰信息确定半导体层和衬底层之间的界面相互作用。
[0121]
s24，根据半导体层特征峰信息和衬底层特征峰信息随环境温度的变化趋势，确定半导体层和衬底层之间的热应力随环境温度的变化趋势，以确定半导体层对应的半导体层约束分布和衬底层对应的衬底层约束分布；
[0122]
根据一些实施例，热应力又称变温应力，指的是温度改变时，物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束，使其不能完全自由胀缩而产生的应力。
[0123]
根据一些实施例，在根据半导体层特征峰信息和衬底层特征峰信息随环境温度的变化趋势，确定半导体层和衬底层之间的热应力随环境温度的变化趋势之前，可以通过改变目标器件所处的环境温度，标定不同环境温度下目标器件不同位置处半导体层对应的半导体层特征峰信息，以及衬底层对应的衬底层特征峰信息的变化，从而确定半导体层特征峰信息和衬底层特征峰信息随环境温度的变化趋势。
[0124]
在一些实施例中，当改变目标器件所处的环境温度，标定不同环境温度下目标器件不同位置处半导体层对应的半导体层特征峰信息，以及衬底层对应的衬底层特征峰信息的变化时，可以将处于非工作状态的目标器件固定在密闭真空环境下的温控平台上。接着，通过温控平台对目标器件进行均匀变温。
[0125]
例如，当温度升高δt0时，电子器件内部材料的拉曼特征峰会受温升和热应力的共同作用而发生偏移，偏移量为δω0，且满足如下关系式：
[0126]
δω0＝aδt0+k
σ
σ0ꢀꢀ
(3)
[0127]
其中，a为峰位-温度偏移系数，峰位-应力偏移系数，σ0为器件内部由于环境温升产生的热应力。
[0128]
根据一些实施例，当改变环境温度时，比较半导体层每个测量位置的表观温度偏移系数与本征温度偏移系数的差异，也可反应该位置的约束条件及热应力的贡献。
[0129]
易于理解的是，当获取到目标器件时，可以根据半导体层特征峰信息和衬底层特征峰信息随环境温度的变化趋势，确定半导体层和衬底层之间的热应力随环境温度的变化趋势，以确定半导体层对应的半导体层约束分布和衬底层对应的衬底层约束分布。
[0130]
s25，根据残余应力分布、界面相互作用、半导体层约束分布和衬底层约束分布，确
定目标器件对应的初始应力场及约束分布和初始温度场分布；
[0131]
根据一些实施例，当根据残余应力分布、界面相互作用、半导体层约束分布和衬底层约束分布，确定目标器件对应的初始应力场及约束分布和初始温度场分布时，可以给目标器件通入工作电流以控制目标器件处于工作状态。接着，可以基于半导体层对应的拉曼光谱，原位检测目标器件工作状态下内部的温度场分布和应力场分布。
[0132]
在一些实施例中，当基于半导体层对应的拉曼光谱，原位检测目标器件工作状态下内部的温度场分布和应力场分布时，可以通过原位检测半导体层的多组拉曼特征峰信息，联立求解获得温度、应力信息。也可以根据半导体层约束分布，基于半导体层对应的单个拉曼特征峰信息求解获得温度、应力信息。
[0133]
例如，如图4(b)所示，氮化镓半导体层具有两个可检测的拉曼特征峰，故选取两组拉曼特征峰，联立求解获得温度、应力信息：
[0134][0135]
其中，δω表示目标器件通电前后的拉曼峰位偏移，δt表示目标器件通电前后产生的温升，σ为目标器件内部产生的热应力。a为峰位-温度偏移系数，峰位-应力偏移系数，其中，下标p1和p2分别表示同一材料两个不同的拉曼光谱特征峰。
[0136]
根据一些实施例，当根据残余应力分布、界面相互作用、半导体层约束分布和衬底层约束分布，确定目标器件对应的初始应力场及约束分布和初始温度场分布时，还可以基于残余应力分布、界面相互作用、半导体层约束分布和衬底层约束分布，结合目标器件对应的器件结构，确定目标器件处于工作状态，且温度升高时，目标器件内的模拟应力场分布。也可以确定多力场对半导体层热导率及半导体层与衬底之间界面热阻的影响。进而，可以根据初始应力场及约束分布和模拟应力场分布，修正半导体层及衬底层的热物性参数(热导率等)分布、以及半导体层与衬底层之间的界面热阻。最终，可以基于目标器件对应的电路设计，确定目标器件处于工作状态时准确的温度场分布。
[0137]
在一些实施例中，确定多力场对半导体层热导率及半导体层与衬底之间界面热阻的影响时，该多力场包括但不限于残余应力、热应力、界面范德华力、其他约束引起的面向应力、垂直于半导体层和基板之间界面的法向应力等等。
[0138]
在一些实施例中，确定多力场对半导体层热导率及半导体层与衬底之间界面热阻的影响时，可以通过原位标定的方法确定，也可以通过文献确定。
[0139]
在一些实施例中，当通过原位标定的方法确定多力场对半导体层热导率及半导体层与衬底之间界面热阻的影响时，可以基于残余应力分布，在目标器件中残余应力不同的区域采用拉曼方法原位测量半导体层热导率和界面热阻，以标定应力与热导率、应力与界面热阻的对应关系。
[0140]
在一些实施例中，基于残余应力分布，在目标器件中残余应力不同的区域采用拉曼方法原位测量半导体层热导率和界面热阻时，可以进一步给目标器件施加法向压应力，采用拉曼方法原位测量半导体层热导率和界面热阻，以标定法向应力与热导率、界面热阻的对应关系。
[0141]
易于理解的是，当获取到残余应力分布、界面相互作用、半导体层约束分布和衬底层约束分布时，可以根据该残余应力分布、界面相互作用、半导体层约束分布和衬底层约束
分布，确定目标器件对应的初始应力场及约束分布和初始温度场分布。
[0142]
s26，基于初始应力场及约束分布对目标器件的散热性能进行评估；
[0143]
根据一些实施例，当基于初始应力场及约束分布对目标器件的散热性能进行评估时，可以控制目标器件处于工作状态。接着，根据初始应力场及约束分布和初始温度场分布，确定处于工作状态的目标器件对应的散热性能参数集合。最后，可以根据该散热性能参数集合确定目标器件对应的散热性能评估结果。因此，在对器件的散热性能进行评估时，通过考虑多力场耦合对材料热传递特性及界面热阻的影响，可以实现对器件散热性能的准确评估。
[0144]
在一些实施例中，散热性能参数集合指的是由至少一个散热性能参数汇聚而成的一个集合。该散热性能参数集合并不特指某一固定集合。该散热性能参数集合中的散热性能参数包括但不限于器件最高温度、器件内平均温度、沟道内平均温度、散热部件功耗、器件热点分布等。
[0145]
根据一些实施例，当目标器件对应的散热性能评估结果满足器件散热性能条件时，表示该目标器件无散热优化设计的需求，也就是无需对该目标器件对应的初始应力场及约束分布进行优化。
[0146]
易于理解的是，当确定目标器件对应的初始应力场及约束分布和初始温度场分布时，可以基于该初始应力场及约束分布对目标器件的散热性能进行评估。
[0147]
s27，若目标器件对应的散热性能评估结果不满足器件散热性能条件，对初始应力场及约束分布进行优化，得到第一应力场及约束分布，以及与第一应力场及约束分布对应的第一目标器件；
[0148]
根据一些实施例，当对初始应力场及约束分布进行优化时，可以基于目标器件对应的初始温度场分布，保持目标器件对应的电路设计，基于多力场耦合影响趋势设计新的力场分布，进而优化目标器件散热性能，得到第一应力场及约束分布，以及与第一应力场及约束分布对应的第一目标器件。
[0149]
根据一些实施例，当基于多力场耦合影响趋势设计新的力场分布时，可以根据半导体层对应的压应力和热导率，对目标器件中的残余应力进行优化。也可以根据半导体层对应的压应力、拉应力和热导率，对半导体层产生的热应力进行优化。还可以通过调整半导体层对应的材料参数和衬底层对应的材料参数，对半导体层和衬底层之间的界面热阻进行优化。
[0150]
在一些实施例中，当根据半导体层对应的压应力和热导率，对目标器件中的残余应力进行优化时，若半导体层受到的压应力、热导率增加，则减小目标器件中的残余拉引力，增加目标器件中的残余压应力。若半导体层受到的拉应力、热导率增加，则减小目标器件中的残余压应力，增加目标器件中的残余拉应力。
[0151]
在一些实施例中，当减小目标器件中的残余拉引力，增加目标器件中的残余压应力时，对目标器件中的残余应力进行优化的方法包括但不限于通过改进目标器件制备流程避免引入拉引力、固定目标器件时升高基板温度使基板预膨胀以增加目标器件常温下的残余压应力、引入新的空间约束施加压应力等。
[0152]
在一些实施例中，当减小目标器件中的残余压应力，增加目标器件中的残余拉应力时，对目标器件中的残余应力进行优化的方法包括但不限于改进目标器件制备流程避免
引入压引力、固定目标器件时降低基板温度使基板预收缩以增加目标器件常温下的残余拉应力、引入新的空间约束施加拉应力等。
[0153]
根据一些实施例，当根据半导体层对应的压应力、拉应力和热导率，对半导体层产生的热应力进行优化时，若半导体层受到的压应力、热导率增加，则可以通过热应力场设计方法，使目标器件温度升高时，半导体层产生的热应力主要为压应力。若半导体层受到的拉应力、热导率增加，则可以通过热应力场设计方法，使目标器件温度升高时，半导体层产生的热应力主要为拉应力。
[0154]
在一些实施例中，当通过热应力场设计方法，使目标器件温度升高时，半导体层产生的热应力主要为压应力时，该热应力场设计方法包括但不限于选取热膨胀系数小于半导体层热膨胀系数的衬底材料；在半导体层内部、界面或外部边缘增加约束部件限制其热膨胀，从而引入压应力等。
[0155]
在一些实施例中，当通过热应力场设计方法，使目标器件温度升高时，半导体层产生的热应力主要为拉应力时，该热应力场设计方法包括但不限于选取热膨胀系数大于半导体层热膨胀系数的衬底材料，在目标器件工作内部温度升高时，衬底材料的应变大于半导体层材料的应变，因而对其产生约束，引入拉应力；选取热膨胀系数大于半导体层和衬底材料的基板材料，并在半导体层外部边缘增加约束与基板材料相连，在目标器件工作温度升高时，基板材料的应变大于半导体层材料的应变，因而对其产生约束，引入拉应力。
[0156]
根据一些实施例，当通过调整半导体层对应的材料参数和衬底层对应的材料参数，对半导体层和衬底层之间的界面热阻进行优化时，可以选取与半导体层间范德华力更大的衬底材料、以及晶格与半导体层更为匹配的衬底材料，以降低半导体层与衬底之间的界面热阻。
[0157]
在一些实施例中，当调整半导体层对应的材料参数和衬底层对应的材料参数，以对半导体层和衬底层之间的界面热阻进行优化时，还可以基于法向应力场设计方法，设计半导体层和衬底层之间的法向约束。接着，可以根据该法向约束，调整半导体层对应的材料参数和衬底层对应的材料参数，以增加半导体层和衬底层之间的法向压应力，降低半导体层和衬底层之间的界面热阻。
[0158]
例如，氮化镓半导体层受压应力时热导率增加，受拉应力时热导率减小，5％的拉应力下，氮化镓半导体层的室温热导率将降低63％，5％的压应力下，氮化镓半导体层的室温热导率可提升57％。同时，氮化镓半导体层与碳化硅衬底层之间的界面热阻与法向压应力成反比，压应力越大，界面热阻越小。图6示出本公开实施例提供的调控目标器件面内应力及法向应力后目标器件工作状态下的最高温度模拟结果示意图。如图6所示，其给出了假设目标氮化镓半导体层内部应力由3％的拉应力转变为3％的压应力的过程中，工作状态下的目标器件最高温度模拟结果，可以看出，随着压应力增加，目标器件热点温度明显降低，结合法向压应力对界面热阻的调控，器件最高温度可降低50k以上，说明了本公开实施例提供的散热优化方法的有效性。
[0159]
根据一些实施例，当初始应力场及约束分布进行优化时，还可以通过控制目标器件处于工作状态，根据多力场对半导体层热导率及半导体层与衬底之间界面热阻的影响规律，对目标器件施加外部作用力，以提升热导率，降低界面热阻，实现电子器件散热优化。
[0160]
易于理解的是，当判断目标器件对应的散热性能评估结果不满足器件散热性能条
件时，可以基于目标器件对应的初始应力场及约束分布和初始温度场分布，对该初始应力场及约束分布进行优化，得到第一应力场及约束分布，以及与第一应力场及约束分布对应的第一目标器件。
[0161]
s28，对第一目标器件的散热性能进行评估，得到第一目标器件对应的散热性能评估结果；
[0162]
根据一些实施例，当对第一目标器件的散热性能进行评估，得到散热性能评估结果时，可以控制第一目标器件处于工作状态。接着，可以确定处于工作状态的第一目标器件对应的散热性能参数集合。最后，可以根据该第一目标器件对应的散热性能参数集合确定第一目标器件对应的散热性能评估结果。
[0163]
易于理解的是，当得到第一应力场及约束分布，以及与第一应力场及约束分布对应的第一目标器件时，可以对该第一目标器件的散热性能进行评估，得到第一目标器件对应的散热性能评估结果。
[0164]
s29，若第一目标器件对应的散热性能评估结果满足器件散热性能条件，则确定第一应力场及约束分布为目标应力场及约束分布设计方案；
[0165]
例如，当散热性能参数集合包括器件最高温度m、器件内平均温度n、沟道内平均温度p、散热部件功耗q时，若散热性能评估结果表示器件最高温度m低于预设器件最高温度m，器件内平均温度n低于预设器件内平均温度n，沟道内平均温度p低于预设沟道内平均温度p，散热部件功耗q低于预设散热部件功耗q时，可以判断该散热性能评估结果满足器件散热性能条件。
[0166]
易于理解的是，当获取到第一目标器件对应的散热性能评估结果时，若该散热性能评估结果满足器件散热性能条件，则可以确定第一应力场及约束分布为目标应力场及约束分布设计方案。
[0167]
s210，若第一目标器件对应的散热性能评估结果不满足器件散热性能条件，则对第一应力场及约束分布继续进行优化，直至得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案。
[0168]
根据一些实施例，当得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案时，可以根据目标应力场及约束分布设计方案对目标器件进行散热优化。接着，可以确定处于工作状态的散热优化后的目标器件对应的目标温度场分布，以及目标应力场及约束分布。最终，可以根据目标温度场分布和目标应力场及约束分布，验证目标应力场及约束分布设计方案的有效性。
[0169]
在一些实施例中，当确定目标应力场及约束分布设计方案对应的散热优化方案时，可以基于目标器件对应的电路设计和目标应力场及约束分布设计方案，重新修正半导体层及衬底层的热物性分布，确定优化后器件工作状态下准确的温度场分布。接着，以工作状态下器件散热性能最优为判断标准，确定电子器件散热性能的散热优化方案。
[0170]
在一些实施例中，当目标器件对应的电路设计中包括散热部件时，还可以通过调整该散热部件的位置使工作状态下器件散热性能最优。
[0171]
在一些实施例中，图7示出本公开实施例提供的目标器件散热性能评估示意图。其中，图7(a)为不考虑器件内部应力场分布情况下的无量纲温度场分布模拟结果示意图，图7(b)为考虑器件内部应力场分布情况下的无量纲温度场分布模拟结果示意图。如图7(a)所
示，其示出以氮化镓半导体层的热导率为130w/(m
·
k)，氮化镓半导体层与碳化硅衬底层之间的界面热阻为1
×
10-8m·
k/w为基准模拟得到的工作状态下无量纲温度场分布结果，在不考虑力场耦合作用的条件下，模拟结果认为器件内部温度均低于安全温升。而图7(b)为综合考虑器件内部力场耦合影响的结果。图7所示的实验标定结果表明，由于目标器件制备过程的影响，该目标器件左侧存在残余的拉应力，右侧存在残余的压应力。而氮化镓在受拉应力时热导率减小，受压应力时热导率增大。在平均热导率与图7(a)一致的情况下，由于拉应力导致氮化镓局部热导率明显降低，图7(b)的模拟结果中，目标器件左侧出现了高于安全温升的过热点，说明该目标器件的散热性能仍需进一步优化。此外，热点区域出现的位置也非常规理解的器件中心，而是拉应力集中的器件左侧，这为散热元件的布置也提供了新的指导。
[0172]
易于理解的是，图7的结果进一步充分考虑多力场耦合作用对电子器件内部能量传递影响的价值，基于本公开提出的方法，可显著提升电子器件内温度场建模计算精度，实现电子器件散热性能的准确评估。同时，只有准确分析力场分布，才能针对性的对力场进行重新优化设计，从而达到不改变电路设计、且无需额外散热能耗，但有效提升散热效果的优化目标。
[0173]
易于理解的是，当获取到第一目标器件对应的散热性能评估结果时，若该散热性能评估结果不满足器件散热性能条件，则可以对第一应力场及约束分布继续进行优化，直至得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案。
[0174]
综上，本公开实施例提出的方法，首先，通过获取目标器件，基于目标环境温度，测量半导体层对应的半导体层拉曼光谱，基于半导体层拉曼光谱对应的特征峰信息确定半导体层对应的残余应力分布，基于目标环境温度，测量衬底层的衬底层拉曼光谱，基于衬底层拉曼光谱对应的特征峰信息确定半导体层和衬底层之间的界面相互作用，根据半导体层特征峰信息和衬底层特征峰信息随环境温度的变化趋势，确定半导体层和衬底层之间的热应力随环境温度的变化趋势，以确定半导体层对应的半导体层约束分布和衬底层对应的衬底层约束分布，根据残余应力分布、界面相互作用、半导体层约束分布和衬底层约束分布，确定目标器件对应的初始应力场及约束分布和初始温度场分布，因此可以标定目标器件在现有结构下的应力分布和约束情况，可以显著提升目标器件内温度场建模计算精度，可以保障散热优化设计方案的可靠性。接着，通过基于初始应力场及约束分布对目标器件的散热性能进行评估，若目标器件对应的散热性能评估结果不满足器件散热性能条件，对初始应力场及约束分布进行优化，得到第一应力场及约束分布，以及与第一应力场及约束分布对应的第一目标器件，因此，通过对目标器件内部的力场分布进行优化，可以改善其内部半导体层的热传递特性，可以降低半导体层与衬底层之间的界面热阻，可以突破目标器件热点区域计算不准确进而导致优化效率低的问题；同时，通过采用力学手段调控热设计，可以实现在现有电路设计条件下的、无需其他额外能量供应的电子器件散热性能优化，可以提高对电子器件进行散热优化时的优化效果，可以提高本公开提供的多力场调控优化设计方法的适用范围及普适性，可以有效解决目标器件散热优化设计的难题，可以降低目标器件的设计生产改进成本；其次，通过力学约束实现残余应力、热应力和其他的力场调节，可以避免电子器件运行过程中为提高散热性能引入的其他能耗，可以有效降低电子器件的运行能耗成本。最后，通过对第一目标器件的散热性能进行评估，得到第一目标器件对应的散热性
能评估结果，若第一目标器件对应的散热性能评估结果满足器件散热性能条件，则确定第一应力场及约束分布为目标应力场及约束分布设计方案，若第一目标器件对应的散热性能评估结果不满足器件散热性能条件，则对第一应力场及约束分布继续进行优化，直至得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案。因此，可以充分考虑多力场耦合作用对目标器件内部能量传递的影响，可以显著提升目标器件的散热性能评估精度，可以提高电子器件散热性能评估的准确性和可靠性，进而可以从根本上提升电子器件热设计水平，突破内部散热瓶颈，解决电子器件散热问题。
[0175]
本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供和公开等处理，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。
[0176]
下述为本公开装置实施例，可以用于执行本公开方法实施例。对于本公开装置实施例中未披露的细节，请参照本公开方法实施例。
[0177]
请参见图8，其示出本公开实施例提供的一种电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置的结构示意图。
[0178]
具体的，该电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置包括：电源模块010、放置平台400、标定模块100、模拟评估模块700和优化设计模块800；其中，
[0179]
电源模块010，用于为目标器件000提供工作电源；
[0180]
放置平台100，用于放置目标器件000；
[0181]
模拟评估模块700，用于基于标定模块100，对目标器件000对应的应力场分布进行模拟分析，确定目标器件000对应的初始应力场及约束分布；
[0182]
优化设计模块800，用于对初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案。
[0183]
在本公开实施例中，如图8所示，放置平台400包括移动子平台和温控子平台，标定模块100包括：探测激光器101、加热激光器102、第一电光调制器201、第二电光调制器202、双通道信号发生器203、拉曼光谱仪及测量光路模块300、温控平台控制器500和拉曼光谱信号采集及处理系统600；其中，
[0184]
探测激光器101与第一电光调制器201连接，用于输出探测连续激光信号；
[0185]
加热激光器102与第二电光调制器202连接，用于输出加热连续激光信号；
[0186]
双通道信号发生器203分别与第一电光调制器201和第二电光调制器202连接，用于控制第一电光调制器201将探测连续激光信号调制为探测脉冲激光信号，以及，控制第二电光调制器202将加热连续激光信号调制为加热脉冲激光信号；
[0187]
拉曼光谱仪及测量光路模块300分别与第一电光调制器101和第二电光调制器102连接，用于控制探测脉冲激光信号和加热脉冲激光信号以脉冲光的形式聚焦于目标器件000；
[0188]
移动子平台，用于移动目标器件000，以控制脉冲光的聚焦位置；
[0189]
温控子平台，用于控制目标器件000所处的环境温度；
[0190]
温控平台控制器500，用于控制温控子平台的工作状态，以及控制温控子平台对应的温度；
[0191]
拉曼光谱信号采集及处理系统600与拉曼光谱仪及测量光路模块300连接，用于记录拉曼光谱仪收集的拉曼光谱信号，并分析拉曼光谱信号对应的特征峰信息。
[0192]
根据一些实施例，加热激光器102、第一电光调制器201、第二电光调制器202、以及双通道信号发生器203，是为了采用双波长闪光拉曼法标定目标器件000内部材料热物性及半导体层与衬底层之间的界面热阻所设置的优选部件
[0193]
在一些实施例中，当开启双通道信号发生器203时，双通道信号发生器203可以控制第一电光调制器201将探测连续激光信号调制为探测脉冲激光信号，以及，控制第二电光调制器202将加热连续激光信号调制为加热脉冲激光信号，进而获得如图5(b)所示的脉冲激光序列，以通过拉曼光谱仪及测量光路模块300控制探测脉冲激光信号和加热脉冲激光信号以脉冲光的形式聚焦于目标器件000。
[0194]
在一些实施例中，当关闭双通道信号发生器203时，探测激光器101产生的探测连续激光信号可直接透过第一电光调制器201，不发生调制，仍以连续激光的形式聚焦于目标器件000。加热激光器102产生的加热连续激光信号可直接透过第二电光调制器202，不发生调制，仍以连续激光的形式聚焦于目标器件000。
[0195]
根据一些实施例，在无需使用双波长闪光拉曼法进行标定时，装置可仅保留探测激光器101、拉曼光谱仪及测量光路模块300、移动子平台、温控子平台、温控平台控制器500、拉曼光谱信号采集及处理系统600、模拟评估模块700和优化设计模块800。
[0196]
在本公开实施例中，模拟评估模块700与拉曼光谱信号采集及处理系统600连接，还用于基于特征峰信息对目标器件000对应的应力场及温度场进行模拟分析，以及，对目标器件000的散热性能进行评估。
[0197]
根据一些实施例，优化设计模块800与拉曼光谱信号采集及处理系统600连接，具体用于基于特征峰信息，通过力场调控手段，在不破坏目标器件000对应的电设计布局且几乎不增加额外能耗的条件下，实现目标器件000的散热优化。
[0198]
需要说明的是，上述实施例提供的电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置在执行电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置与电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法实施例属于同一构思，其体现实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
[0199]
上述本公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0200]
综上，本公开实施例提出的装置，通过电源模块为目标器件提供工作电源；放置平台放置目标器件；模拟评估模块基于标定模块，对目标器件对应的应力场分布进行模拟分析，确定目标器件对应的初始应力场及约束分布；优化设计模块对初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案。因此，通过对初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案，可以获取到满足器件散热性能条件的优化后的目标器件，可以在判断目标器件是否满足散热性能条件时充分考虑力场影响，可以提高电子器件散热性能评估的准确性和可靠性。同时，通过对初始应力场及约束分布进行优化，可以在不破坏电设计布局的基础上，实现无需其他额外能量供应的电子器件散热性能优化，可以降低对电子器件进行散热优化时的所需的额外能耗，可以提高对电子器件进行散热优化时的优化效果。
[0201]
本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的获取、存储和应用等，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。
[0202]
根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
[0203]
图9示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置900的示意性框图。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。
[0204]
如图9所示，电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置900包括计算单元901，其可以根据存储在只读存储器(rom)902中的计算机程序或者从存储单元908加载到随机访问存储器(ram)903中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 903中，还可存储电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置900操作所需的各种程序和数据。计算单元901、rom 902以及ram 903通过总线904彼此相连。输入/输出(i/o)接口905也连接至总线904。
[0205]
电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置900中的多个部件连接至i/o接口905，包括：输入单元906，例如键盘、鼠标等；输出单元907，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元908，例如磁盘、光盘等；以及通信单元909，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元909允许电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置900通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
[0206]
计算单元901可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元901的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元901执行上文所描述的各个方法和处理，例如电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法。例如，在一些实施例中，电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元908。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 902和/或通信单元909而被载入和/或安装到电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置900上。当计算机程序加载到ram 903并由计算单元901执行时，可以执行上文描述的电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元901可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法。
[0207]
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
[0208]
用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来
编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置上执行。
[0209]
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
[0210]
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
[0211]
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)、互联网和区块链网络。
[0212]
计算机系统可以包括客户机和电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置。客户机和电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户机-电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置关系的计算机程序来产生客户机和电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置的关系。电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置可以是云电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置，又称为云计算电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与vps服务("virtual private server"，或简称"vps")中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置也可以为分布式系统的电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置，或者是结合了区块链的电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置。
[0213]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例
如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0214]
上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。
技术特征：1.一种电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法，其特征在于，包括：获取目标器件；确定所述目标器件对应的初始应力场及约束分布；基于所述初始应力场及约束分布对所述目标器件的散热性能进行评估，若所述目标器件对应的散热性能评估结果不满足器件散热性能条件，则对所述初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标器件包括半导体层和衬底层，所述确定所述目标器件对应的初始应力场及约束分布，包括：基于目标环境温度，测量所述半导体层对应的半导体层拉曼光谱，基于所述半导体层拉曼光谱对应的特征峰信息确定所述半导体层对应的残余应力分布；基于所述目标环境温度，测量所述衬底层的衬底层拉曼光谱，基于所述衬底层拉曼光谱对应的特征峰信息确定所述半导体层和所述衬底层之间的界面相互作用；根据半导体层特征峰信息和衬底层特征峰信息随环境温度的变化趋势，确定所述半导体层和所述衬底层之间的热应力随环境温度的变化趋势，以确定所述半导体层对应的半导体层约束分布和所述衬底层对应的衬底层约束分布；根据所述残余应力分布、所述界面相互作用、所述半导体层约束分布和所述衬底层约束分布，确定所述目标器件对应的初始应力场及约束分布和初始温度场分布。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述初始应力场及约束分布对所述目标器件的散热性能进行评估，包括：控制所述目标器件处于工作状态；根据所述初始应力场及约束分布和所述初始温度场分布，确定处于工作状态的所述目标器件对应的散热性能参数集合；根据所述散热性能参数集合确定所述目标器件对应的散热性能评估结果。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述初始应力场及约束分布进行优化，包括：根据所述半导体层对应的压应力和热导率，对所述目标器件中的残余应力进行优化；根据所述半导体层对应的压应力、拉应力和热导率，对所述半导体层产生的热应力进行优化；调整所述半导体层对应的材料参数和所述衬底层对应的材料参数，以对所述半导体层和所述衬底层之间的界面热阻进行优化。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述调整所述半导体层对应的材料参数和所述衬底层对应的材料参数，以对所述半导体层和所述衬底层之间的界面热阻进行优化，包括：基于法向应力场设计方法，设计所述半导体层和所述衬底层之间的法向约束；根据所述法向约束，调整所述半导体层对应的材料参数和所述衬底层对应的材料参数，以增加所述半导体层和所述衬底层之间的法向压应力，降低所述半导体层和所述衬底层之间的界面热阻。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案，包括：
对所述初始应力场及约束分布进行优化，得到第一应力场及约束分布，以及与所述第一应力场及约束分布对应的第一目标器件；对所述第一目标器件的散热性能进行评估，得到所述第一目标器件对应的散热性能评估结果；若所述第一目标器件对应的散热性能评估结果满足所述器件散热性能条件，则确定所述第一应力场及约束分布为所述目标应力场及约束分布设计方案；若所述第一目标器件对应的散热性能评估结果不满足所述器件散热性能条件，则对所述第一应力场及约束分布继续进行优化，直至得到所述满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述对所述初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案之后，还包括：根据所述目标应力场及约束分布设计方案对所述目标器件进行散热优化；确定处于工作状态的散热优化后的目标器件对应的目标温度场分布，以及目标应力场及约束分布；根据所述目标温度场分布和所述目标应力场及约束分布，验证所述目标应力场及约束分布设计方案的有效性。8.一种电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计装置，其特征在于，包括：电源模块、放置平台、标定模块、模拟评估模块和优化设计模块；其中，所述电源模块，用于为目标器件提供工作电源；所述放置平台，用于放置所述目标器件；所述模拟评估模块，用于基于所述标定模块，对所述目标器件对应的应力场分布进行模拟分析，确定所述目标器件对应的初始应力场及约束分布；所述优化设计模块，用于对所述初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案。9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述放置平台包括移动子平台和温控子平台，所述标定模块包括：探测激光器、加热激光器、第一电光调制器、第二电光调制器、双通道信号发生器、拉曼光谱仪及测量光路模块、温控平台控制器和拉曼光谱信号采集及处理系统；其中，所述探测激光器与所述第一电光调制器连接，用于输出探测连续激光信号；所述加热激光器与所述第二电光调制器连接，用于输出加热连续激光信号；所述双通道信号发生器分别与所述第一电光调制器和所述第二电光调制器连接，用于控制所述第一电光调制器将所述探测连续激光信号调制为探测脉冲激光信号，以及，控制所述第二电光调制器将所述加热连续激光信号调制为加热脉冲激光信号；所述拉曼光谱仪及测量光路模块分别与所述第一电光调制器和所述第二电光调制器连接，用于控制所述探测脉冲激光信号和所述加热脉冲激光信号以脉冲光的形式聚焦于所述目标器件；所述移动子平台，用于移动所述目标器件，以控制所述脉冲光的聚焦位置；所述温控子平台，用于控制所述目标器件所处的环境温度；所述温控平台控制器，用于控制所述温控子平台的工作状态，以及控制所述温控子平
台对应的温度；所述拉曼光谱信号采集及处理系统与所述拉曼光谱仪及测量光路模块连接，用于记录拉曼光谱仪收集的拉曼光谱信号，并分析所述拉曼光谱信号对应的特征峰信息。10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述模拟评估模块与所述拉曼光谱信号采集及处理系统连接，还用于基于所述特征峰信息对所述目标器件对应的应力场及温度场进行模拟分析，以及，对所述目标器件的散热性能进行评估。
技术总结本公开涉及电子器件热评估及热设计技术领域，尤其涉及一种电子器件散热性能评估及多力场调控优化设计方法及装置。其中，该方法包括：获取目标器件；确定目标器件对应的初始应力场及约束分布；基于初始应力场及约束分布对目标器件的散热性能进行评估，若目标器件对应的散热性能评估结果不满足器件散热性能条件，则对初始应力场及约束分布进行优化，得到满足器件散热性能条件的目标应力场及约束分布设计方案。本公开可以提高电子器件散热性能评估的准确性和可靠性，降低对电子器件进行散热优化时的所需的额外能耗，提高对电子器件进行散热优化时的优化效果。热优化时的优化效果。热优化时的优化效果。
技术研发人员：张兴 樊傲然 李玉璞
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2022.07.15
技术公布日：2022/11/1
