(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210832523.7 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园 (72)发明人 张兴　樊傲然　李玉璞　 (74)专利代理 机构 北京清亦华知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11201 专利代理师 孟洋 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 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 (57)摘要 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。 权利要求书3页 说明书19页 附图6页 CN 115270439 A 2022.11.01 CN 115270439 A 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：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115270439 A 2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权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115270439 A 3