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CN116401803A - 量子芯片封装结构的热力学仿真方法、装置及存储介质 - Google Patents

量子芯片封装结构的热力学仿真方法、装置及存储介质 Download PDF

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CN116401803A
CN116401803A CN202111566886.2A CN202111566886A CN116401803A CN 116401803 A CN116401803 A CN 116401803A CN 202111566886 A CN202111566886 A CN 202111566886A CN 116401803 A CN116401803 A CN 116401803A
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thermodynamic simulation
packaging structure
heat transfer
chip packaging
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廖燕飞
李雪白
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Benyuan Quantum Computing Technology Hefei Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种量子芯片封装结构的热力学仿真方法、装置及存储介质，包括：将量子芯片封装结构的三维模型转换为热力学仿真模型；根据量子芯片封装结构的工作环境设置热力学仿真模型的边界条件，量子芯片封装结构的工作环境包括已知冷源和经验热源；根据量子芯片封装结构的物性参数设置热力学仿真模型的参数条件；基于边界条件、参数条件对热力学仿真模型进行热力学仿真；获取开始仿真到量子芯片封装结构的温度分布处于稳态期间的热力学仿真结果；根据热力学仿真结果获取量子芯片封装结构内部结构的传热路径。通过上述方式，本发明能够较为科学准确地获得真实有效的量子芯片封装结构内部结构的传热路径，可以为量子芯片封装结构的优化提供依据。

Description

量子芯片封装结构的热力学仿真方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及热力学仿真领域，特别是涉及一种量子芯片封装结构的热力学仿真方法、装置及存储介质。
背景技术
量子芯片的正常工作需要极其稳定的工作环境，为了避免来源于外界的干扰，需要对量子芯片进行封装使用。封装的目的是为了给量子比特提供基本的信号连接、良好的热接触、稳定的地平面以及基本的屏蔽保护。
良好的量子芯片封装结构设计可以有效降低量子芯片工作时的温度，而量子芯片封装结构设计的重要依据是包含量子芯片封装结构内部结构的传热路径。现有技术中是通过经验或者实验判断内部结构的传热路径，但是这种方式存在技术难度大、成本较高、实验时间长、测试环境不稳定以及结果不可靠等弊端，因此急需一种真实有效的热力学仿真方法来获得量子芯片封装结构内部结构的传热路径。
发明内容
本发明的目的是提供一种量子芯片封装结构的热力学仿真方法、装置及存储介质，以解决现有技术中难以获得量子芯片封装结构内部结构的传热路径的问题，能够较为科学准确地获得真实有效的量子芯片封装结构内部结构的传热路径。
为解决上述技术问题，本发明提供一种量子芯片封装结构的热力学仿真方法，包括：
将量子芯片封装结构的三维模型转换为热力学仿真模型；
根据所述量子芯片封装结构的工作环境设置所述热力学仿真模型的边界条件，所述量子芯片封装结构的工作环境包括已知冷源和经验热源；
根据所述量子芯片封装结构的物性参数设置所述热力学仿真模型的参数条件；
基于所述边界条件、所述参数条件对所述热力学仿真模型进行热力学仿真；
获取开始仿真到所述量子芯片封装结构的温度分布处于稳态期间的热力学仿真结果；
根据所述热力学仿真结果获取量子芯片封装结构内部结构的传热路径。
优选地，还包括：
将所述传热路径中含有量子芯片的传热路径作为第一传热路径；
获取所述第一传热路径中量子芯片所在路径节点与第一个路径节点的温度的差值的绝对值作为第一绝对值；
当所述第一绝对值大于第一阈值，则将所述参数条件作为目标参数，用以实现所述量子芯片封装结构的优化；
其中，所述第一个路径节点为接触热源的路径节点。
优选地，还包括：
将所述传热路径中不含有量子芯片的传热路径作为第二传热路径；
获取所述第二传热路径中最后一个路径节点与第一个路径节点的热量的差值的绝对值作为第二绝对值；
当所述第二绝对值小于第二阈值，则将所述参数条件作为目标参数；
其中，所述第一阈值大于或等于所述第二阈值，所述最后一个路径节点为接触冷源的路径节点。
优选地，所述获取所述第一传热路径中量子芯片所在路径节点与第一个路径节点的温度的差值的绝对值作为第一绝对值的步骤还包括：
获取所述第一传热路径中量子芯片所在路径节点与最后一个路径节点的温度的差值的绝对值作为第三绝对值；
所述当所述第一绝对值大于第一阈值，则将所述参数条件作为目标参数的步骤具体包括：
当所述第一绝对值大于第一阈值并且所述第三绝对值小于第三阈值，则将所述参数条件作为目标参数；
其中，所述第一阈值大于所述第三阈值。
优选地，所述量子芯片封装结构的温度分布处于稳态的判决条件是：
所述热力学仿真模型上任意一处的温度持续预定时间保持不变。
优选地，所述经验热源包括环境热源和焦耳热源。
优选地，所述已知冷源施加在所述热力学仿真模型的底部，所述经验热源施加在所述热力学仿真模型的顶部或内部。
优选地，所述根据所述量子芯片封装结构的物性参数设置所述热力学仿真模型的参数条件的步骤具体包括：
根据所述量子芯片封装结构的物性参数和所述量子芯片封装结构各部分之间的接触热阻设置所述热力学仿真模型的参数条件。
优选地，所述基于所述边界条件、所述参数条件对所述热力学仿真模型进行热力学仿真的步骤具体包括：
对所述热力学仿真模型进行网格划分；
基于所述边界条件、所述参数条件对所述划分网格后的热力学仿真模型进行热力学仿真。
优选地，所述对所述热力学仿真模型进行网格划分的步骤具体包括：
将所述热力学仿真模型中量子芯片对应的区域按照第一网格尺寸进行划分；
将所述热力学仿真模型中量子芯片周围预定范围对应的区域按照第二网格尺寸进行划分；
将所述热力学仿真模型中的其它区域按照第三网格尺寸进行划分；
其中，所述第三网格尺寸大于所述第二网格尺寸，所述第二网格尺寸大于所述第一网格尺寸。
为解决上述技术问题，本发明提供一种量子芯片封装结构的热力学仿真装置，包括：模型转换模块，用于将量子芯片封装结构的三维模型转换为热力学仿真模型；
边界设置模块，用于根据所述量子芯片封装结构的工作环境设置所述热力学仿真模型的边界条件，所述量子芯片封装结构的工作环境包括已知冷源和经验热源；
参数设置模块，用于根据所述量子芯片封装结构的物性参数设置所述热力学仿真模型的参数条件；
仿真执行模块，用于基于所述边界条件、所述参数条件对所述热力学仿真模型进行热力学仿真；
结果获取模块，用于获取开始仿真到所述量子芯片封装结构的温度分布处于稳态期间的热力学仿真结果；
路径获取模块，用于根据所述热力学仿真结果获取量子芯片封装结构内部结构的传热路径。
优选地，还包括：
路径选择模块，用于将所述传热路径中含有量子芯片的传热路径作为第一传热路径；
温差获取模块，用于获取所述第一传热路径中量子芯片所在路径节点与第一个路径节点的温度的差值的绝对值作为第一绝对值；
参数选择模块，用于当所述第一绝对值大于第一阈值，则将所述参数条件作为目标参数，用以实现所述量子芯片封装结构的优化；
其中，所述第一个路径节点为接触热源的路径节点。
优选地，所述路径选择模块还用于将所述传热路径中不含有量子芯片的传热路径作为第二传热路径；
所述温差获取模块还用于获取所述第二传热路径中最后一个路径节点与第一个路径节点的热量的差值的绝对值作为第二绝对值；
所述参数选择模块还用于当所述第二绝对值小于第二阈值，则将所述参数条件作为目标参数；
其中，所述第一阈值大于或等于所述第二阈值，所述最后一个路径节点为接触冷源的路径节点。
优选地，所述温差获取模块还用于获取所述第一传热路径中量子芯片所在路径节点与最后一个路径节点的温度的差值的绝对值作为第三绝对值；
所述参数选择模块具体用于当所述第一绝对值大于第一阈值并且所述第三绝对值小于第三阈值，则将所述参数条件作为目标参数；
其中，所述第一阈值大于所述第三阈值。
为解决上述技术问题，本发明提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被设置为运行时执行前述任一种所述的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行前述任一种所述的方法。
区别于现有技术的情况，本发明通过建立量子芯片封装结构的三维模型对应的热力学仿真模型之后，基于量子芯片封装结构的工作环境、物性参数设置用于热力学仿真的边界条件和参数条件，进而实现量子芯片封装结构的非稳态过程的热力学仿真，从而获得量子芯片封装结构的传热路径。本发明能够真实有效的进行量子芯片封装结构的非稳态过程的热力学仿真，并得到量子芯片封装结构内部结构的传热路径，通过仿真更加逼近现实，成本更低、耗时更少、结果更加可靠，可以为量子芯片封装结构的优化提供依据，有利于为量子芯片提供更加稳定的工作环境。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的量子芯片封装结构的热力学仿真方法的流程示意图；
图2为本发明第二实施例提供的量子芯片封装结构的热力学仿真方法的流程示意图。
图3为本发明第三实施例提供的量子芯片封装结构的热力学仿真方法的流程示意图。
图4为本发明第四实施例提供的量子芯片封装结构的热力学仿真装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在量子计算领域，量子芯片是量子计算机进行数据处理的核心器件，量子芯片对于工作环境的要求极其苛刻，需要极其稳定的工作环境，在实际的运用过程中，需要对量子芯片进行封装，以此来保证量子芯片的正常工作。因此，量子芯片封装结构内部结构的传热路径能够较为直观准确的帮助技术人员了解和判断量子芯片的工作性能。但是由于量子芯片的工作环境是在极低温的条件下，因此量子芯片封装结构内部结构的传热路径的直接获取存在较大的技术难度，且成本较高、测试环境不稳定，在现有技术中，大多通过经验判断，所获得的结果存在参数不准确的问题。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种量子芯片封装结构的热力学仿真方法，能够克服现有技术中弊端，能够较为科学准确地获得真实有效的量子芯片封装结构内部结构的传热路径，为量子芯片封装结构的优化提供依据。
请参考图1，本发明第一实施例提供了一种量子芯片封装结构的热力学仿真方法，该热力学仿真方法包括：
S11：将量子芯片封装结构的三维模型转换为热力学仿真模型。
S12：根据量子芯片封装结构的工作环境设置热力学仿真模型的边界条件，量子芯片封装结构的工作环境包括已知冷源和经验热源。
在本实施例中，经验热源包括环境热源和焦耳热源。已知冷源施加在热力学仿真模型的底部，经验热源施加在热力学仿真模型的顶部或内部。
具体而言，根据量子芯片对于工作环境的实际需求，量子芯片封装结构一般位于稀释制冷机的20mK温区层，以维持量子芯片的正常运行，因此已知冷源的温度通常设为20mK。根据量子芯片封装结构在稀释制冷机内的安装位置，通常将已知冷源施加在热力学仿真模型的底部。
经验热源施加在热力学仿真模型的顶部或内部。环境热源会通过接线头传入量子芯片封装结构内部，信号线也在量子芯片封装结构内部，而焦耳热源通常是将信号线产生的热量通过焦耳定律计算得到，因此通常将经验热源施加在热力学仿真模型的内部。至于经验热源施加在热力学仿真模型的内部具体位置，则需要根据实际需要确定。
S13：根据量子芯片封装结构的物性参数设置热力学仿真模型的参数条件。
其中，量子芯片封装结构的物性参数包括量子芯片封装结构各部分材料的物性参数，物性参数包括导热系数及比热容等。例如在一种应用中，量子芯片封装结构的封装主体材料为铝，量子芯片的材料为硅、导热件的材料为铜，已知冷源的温度为20mK，因此取20mK时，铝、硅、铜的导热系数及比热容作为仿真的参数条件。为了仿真结果的准确性。
S14：基于边界条件、参数条件对热力学仿真模型进行热力学仿真。
S15：获取开始仿真到量子芯片封装结构的温度分布处于稳态期间的热力学仿真结果。
其中，开始仿真到量子芯片封装结构的温度分布处于稳态期间的过程就是非稳态过程，该期间的热力学仿真结果就是量子芯片封装结构的非稳态过程的仿真结果。量子芯片封装结构的温度分布处于稳态的判决条件是：热力学仿真模型上任意一处的温度持续预定时间保持不变。
S16：根据热力学仿真结果获取量子芯片封装结构内部结构的传热路径。
其中，热力学仿真结果包括量子芯片封装结构各部分的温度变化情况，结合量子芯片封装结构各部分的温度变化情况以及各部分之间的接触关系可以获取量子芯片封装结构内部结构的传热路径。例如，温度升高越早的结构部分为传热路径中越靠前的路径节点。
本发明实施例提供的量子芯片封装结构的热力学仿真方法，与现有技术相比，通过建立量子芯片封装结构的热力学仿真模型，基于量子芯片封装结构的工作环境以及量子芯片封装结构的物性参数设置用于热力学仿真的边界条件、及参数条件，进而真实有效的实现量子芯片封装结构的热力学仿真，基于热力学仿真结果，可以获取量子芯片封装结构内部结构的传热路径，相比较现有技术中，通过人为经验对量子芯片封装结构进行调整，通过仿真更加逼近现实，成本更低、耗时更少、结果更加可靠，可以为量子芯片封装结构的优化提供依据，有利于缩短量子芯片封装结构的研发成本和设计周期。
在本实施例中，基于边界条件、参数条件对热力学仿真模型进行热力学仿真的步骤，即步骤S14具体包括：
对热力学仿真模型进行网格划分；
基于边界条件、参数条件对划分网格后的热力学仿真模型进行热力学仿真。
由于量子芯片的传热研究是重点研究对象，为了突出量子芯片的传热变化，对热力学仿真模型进行网格划分的步骤具体包括：
将热力学仿真模型中量子芯片对应的区域按照第一网格尺寸进行划分；
将热力学仿真模型中量子芯片周围预定范围对应的区域按照第二网格尺寸进行划分；
将热力学仿真模型中的其它区域按照第三网格尺寸进行划分；
其中，第三网格尺寸大于第二网格尺寸，第二网格尺寸大于第一网格尺寸。由于在实际的仿真的过程中，对于量子芯片的热量传导的相关仿真计算最为复杂严格，因此，此种网格划分方式，能够同时兼顾仿真结果的准确性以及仿真的效率。
请参考图2，本发明第二实施例提供一种量子芯片封装结构的热力学仿真方法，第二实施例的热力学仿真方法包括第一实施例的热力学仿真方法全部技术特征，在此基础上，还包括以下步骤：
S17：将传热路径中含有量子芯片的传热路径作为第一传热路径。
其中，量子芯片封装结构是为了给量子芯片提供良好的热接触，因此，量子芯片封装结构内部结构的传热路径包括含有量子芯片的传热路径。举例来说，量子芯片封装结构包括量子芯片和封装底板，量子芯片固定在封装底板上，封装底板上设有多条容线槽，容线槽内设有PCB，PCB上下均铺设铜箔，量子芯片与铜箔通过引线连接，环境热源施加在PCB的上端面，焦耳热源施加在PCB上方的铜箔内部，那么经过热力学仿真后，一条含有量子芯片的传热路径的路径为引线——量子芯片——封装底板。
对于一些内部结构较为复杂的量子芯片封装结构，含有量子芯片的传热路径的量子芯片所在节点之前可能会包含有更多的路径节点。
S18：获取第一传热路径中量子芯片所在路径节点与第一个路径节点的温度的差值的绝对值作为第一绝对值，其中，第一个路径节点为接触热源的路径节点。
其中，第一传热路径上每个路径节点的温度是在量子芯片封装结构的温度分布处于稳态时确定的，量子芯片所在路径节点与第一个路径节点的温度的差值反映了经验热源向量子芯片的传热程度。如前举例，第一个路径节点是引线。引线接触经验热源。
S19：当第一绝对值大于第一阈值，则将参数条件作为目标参数，用以实现量子芯片封装结构的优化。
其中，第一阈值可以根据实际需要设置。如果第一绝对值大于第一阈值，表明了经验热源经过一段时间后并没有传递或传递很少的热量到量子芯片，量子芯片封装结构设计就比较理想，进而可以将参数条件作为目标参数，以此来实现量子芯片封装结构的优化，进行后续的实验验证。
请参考图3，本发明第三实施例提供一种量子芯片封装结构的热力学仿真方法，第三实施例的热力学仿真方法包括第二实施例的热力学仿真方法全部技术特征，在此基础上，还包括以下步骤：
S20：将传热路径中不含有量子芯片的传热路径作为第二传热路径。
其中，量子芯片封装结构内部结构的传热路径除了包括含有量子芯片的传热路径之外，也可能会进一步包括不含有量子芯片的传热路径。如第二实施例中的举例，经过热力学仿真后，一条不含有量子芯片的传热路径的路径为PCB——PCB下方铜箔——封装底板。
S21：获取第二传热路径中最后一个路径节点与第一个路径节点的热量的差值的绝对值作为第二绝对值，其中，最后一个路径节点为接触冷源的路径节点。
其中，第二传热路径上每个路径节点的温度也是在量子芯片封装结构的温度分布处于稳态时确定的，最后一个路径节点与第一个路径节点的温度的差值反映了经验热源向量子芯片的传热程度。如前举例，第一个路径节点是PCB。PCB接触经验热源，最后一个路径节点是封装底板，封装底板接触已知冷源。
S22：当第二绝对值小于第二阈值，则将参数条件作为目标参数，其中，第一阈值大于或等于第二阈值。
其中，第二阈值可以根据实际需要设置。如果第二绝对值小于第二阈值，表明了经验热源经过一段时间后传递很多或全部的热量到封装底板，这样一来，量子芯片受到经验热源的影响就很小或没有，量子芯片封装结构设计就比较理想，进而可以将参数条件作为目标参数，以此来实现量子芯片封装结构的优化，进行后续的实验验证。
需要注意的是，第三实施例的步骤S20、S21、S22与第二实施例的步骤S17、S18、S19在逻辑上可以是并列关系，也可以是先后关系，即第三实施例的步骤S20、S21、S22和第二实施例的步骤S17、S18、S19可以择一进行，也可以先后进行。
在本实施例中，获取第一传热路径中量子芯片所在路径节点与第一个路径节点的温度的差值的绝对值作为第一绝对值的步骤，即步骤S18还包括：
获取第一传热路径中量子芯片所在路径节点与最后一个路径节点的温度的差值的绝对值作为第三绝对值；
当第一绝对值大于第一阈值，则将参数条件作为目标参数的步骤，即步骤S19具体包括：
当第一绝对值大于第一阈值并且第三绝对值小于第三阈值，则将参数条件作为目标参数，其中，第一阈值大于第三阈值。
其中，第三阈值可以根据实际需要设置。在考虑量子芯片的传热情况时，不仅要实现经验热源不会或很少传递到量子芯片上，而且还要考虑量子芯片上的热量能够很快传递出去。如果第三绝对值小于第三阈值，表明了量子芯片上的热量经过一段时间后很多或全部传递出去，量子芯片封装结构设计就比较理想，进而可以将参数条件作为目标参数，以此来实现量子芯片封装结构的优化，进行后续的实验验证。
请参考图4，本发明第四实施例提供一种量子芯片封装结构的热力学仿真装置，该热力学仿真装置包括模型转换模块11、边界设置模块12、参数设置模块13、仿真执行模块14、结果获取模块15和路径获取模块16。
模型转换模块11用于将量子芯片封装结构的三维模型转换为热力学仿真模型。
边界设置模块12用于根据量子芯片封装结构的工作环境设置热力学仿真模型的边界条件，量子芯片封装结构的工作环境包括已知冷源和经验热源。在本实施例中，经验热源包括环境热源和焦耳热源。已知冷源施加在热力学仿真模型的底部，经验热源施加在热力学仿真模型的顶部或内部。具体而言，根据量子芯片对于工作环境的实际需求，量子芯片封装结构一般位于稀释制冷机的20mK温区层，以维持量子芯片的正常运行，因此已知冷源的温度通常设为20mK。根据量子芯片封装结构在稀释制冷机内的安装位置，通常将已知冷源施加在热力学仿真模型的底部。
经验热源施加在热力学仿真模型的顶部或内部。环境热源会通过接线头传入量子芯片封装结构内部，信号线也在量子芯片封装结构内部，而焦耳热源通常是将信号线产生的热量通过焦耳定律计算得到，因此通常将经验热源施加在热力学仿真模型的内部。至于经验热源施加在热力学仿真模型的内部具体位置，则需要根据实际需要确定。
参数设置模块13用于根据量子芯片封装结构的物性参数设置热力学仿真模型的参数条件。其中，量子芯片封装结构的物性参数包括量子芯片封装结构各部分材料的物性参数，物性参数包括导热系数及比热容等。例如在一种应用中，量子芯片封装结构的封装主体材料为铝，量子芯片的材料为硅、导热件的材料为铜，已知冷源的温度为20mK，因此取20mK时，铝、硅、铜的导热系数及比热容作为仿真的参数条件。为了仿真结果的准确性。
仿真执行模块14用于基于边界条件、参数条件对热力学仿真模型进行热力学仿真。
结果获取模块15用于获取开始仿真到量子芯片封装结构的温度分布处于稳态期间的热力学仿真结果。其中，开始仿真到量子芯片封装结构的温度分布处于稳态期间的过程就是非稳态过程，该期间的热力学仿真结果就是量子芯片封装结构的非稳态过程的仿真结果。量子芯片封装结构的温度分布处于稳态的判决条件是：热力学仿真模型上任意一处的温度持续预定时间保持不变。
路径获取模块16用于根据热力学仿真结果获取量子芯片封装结构内部结构的传热路径。其中，热力学仿真结果包括量子芯片封装结构各部分的温度变化情况，结合量子芯片封装结构各部分的温度变化情况以及各部分之间的接触关系可以获取量子芯片封装结构内部结构的传热路径。例如，温度升高越早的结构部分为传热路径中越靠前的路径节点。
本发明实施例提供的量子芯片封装结构的热力学仿真装置，与现有技术相比，通过建立量子芯片封装结构的热力学仿真模型，基于量子芯片封装结构的工作环境以及量子芯片封装结构的物性参数设置用于热力学仿真的边界条件、及参数条件，进而真实有效的实现量子芯片封装结构的热力学仿真，基于热力学仿真结果，可以获取量子芯片封装结构内部结构的传热路径，相比较现有技术中，通过人为经验对量子芯片封装结构进行调整，通过仿真更加逼近现实，成本更低、耗时更少、结果更加可靠，可以为量子芯片封装结构的优化提供依据，有利于缩短量子芯片封装结构的研发成本和设计周期。
在本实施例中，该热力学仿真装置还包括路径选择模块17、温差获取模块18和参数选择模块19。
路径选择模块17用于将传热路径中含有量子芯片的传热路径作为第一传热路径。其中，量子芯片封装结构是为了给量子芯片提供良好的热接触，因此，量子芯片封装结构内部结构的传热路径包括含有量子芯片的传热路径。举例来说，量子芯片封装结构包括量子芯片和封装底板，量子芯片固定在封装底板上，封装底板上设有多条容线槽，容线槽内设有PCB，PCB上下均铺设铜箔，量子芯片与铜箔通过引线连接，环境热源施加在PCB的上端面，焦耳热源施加在PCB上方的铜箔内部，那么经过热力学仿真后，一条含有量子芯片的传热路径的路径为引线——量子芯片——封装底板。
对于一些内部结构较为复杂的量子芯片封装结构，含有量子芯片的传热路径的量子芯片所在节点之前可能会包含有更多的路径节点
温差获取模块18用于获取第一传热路径中量子芯片所在路径节点与第一个路径节点的温度的差值的绝对值作为第一绝对值，其中，第一个路径节点为接触热源的路径节点。其中，第一传热路径上每个路径节点的温度是在量子芯片封装结构的温度分布处于稳态时确定的，量子芯片所在路径节点与第一个路径节点的温度的差值反映了经验热源向量子芯片的传热程度。如前举例，第一个路径节点是引线。引线接触经验热源。
参数选择模块19用于当第一绝对值大于第一阈值，则将参数条件作为目标参数，用以实现量子芯片封装结构的优化。其中，第一阈值可以根据实际需要设置。如果第一绝对值大于第一阈值，表明了经验热源经过一段时间后并没有传递或传递很少的热量到量子芯片，量子芯片封装结构设计就比较理想，进而可以将参数条件作为目标参数，以此来实现量子芯片封装结构的优化，进行后续的实验验证。
在本实施例中，路径选择模块17还用于将传热路径中不含有量子芯片的传热路径作为第二传热路径。其中，量子芯片封装结构内部结构的传热路径除了包括含有量子芯片的传热路径之外，也可能会进一步包括不含有量子芯片的传热路径。如第二实施例中的举例，经过热力学仿真后，一条不含有量子芯片的传热路径的路径为PCB——PCB下方铜箔——封装底板。
温差获取模块18还用于获取第二传热路径中最后一个路径节点与第一个路径节点的热量的差值的绝对值作为第二绝对值，其中，最后一个路径节点为接触冷源的路径节点。其中，第二传热路径上每个路径节点的温度也是在量子芯片封装结构的温度分布处于稳态时确定的，最后一个路径节点与第一个路径节点的温度的差值反映了经验热源向量子芯片的传热程度。如前举例，第一个路径节点是PCB。PCB接触经验热源，最后一个路径节点是封装底板，封装底板接触已知冷源。
参数选择模块19还用于当第二绝对值小于第二阈值，则将参数条件作为目标参数，其中，第一阈值大于或等于第二阈值。其中，第二阈值可以根据实际需要设置。如果第二绝对值小于第二阈值，表明了经验热源经过一段时间后传递很多或全部的热量到封装底板，这样一来，量子芯片受到经验热源的影响就很小或没有，量子芯片封装结构设计就比较理想，进而可以将参数条件作为目标参数，以此来实现量子芯片封装结构的优化，进行后续的实验验证。
进一步地，温差获取模块17还用于获取第一传热路径中量子芯片所在路径节点与最后一个路径节点的温度的差值的绝对值作为第三绝对值；
参数选择模块18具体用于当第一绝对值大于第一阈值并且第三绝对值小于第三阈值，则将参数条件作为目标参数，其中，第一阈值大于第三阈值。
其中，第三阈值可以根据实际需要设置。在考虑量子芯片的传热情况时，不仅要实现经验热源不会或很少传递到量子芯片上，而且还要考虑量子芯片上的热量能够很快传递出去。如果第三绝对值小于第三阈值，表明了量子芯片上的热量经过一段时间后很多或全部传递出去，量子芯片封装结构设计就比较理想，进而可以将参数条件作为目标参数，以此来实现量子芯片封装结构的优化，进行后续的实验验证。
本发明还提供一种存储介质，存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被设置为运行时执行第一实施例、第二实施例或第三实施例中的方法。
具体的，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
本发明还提供一种电子装置，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行前述任一种第一实施例、第二实施例或第三实施例中的方法。
具体的，存储器和处理器可以通过数据总线连接。此外，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种量子芯片封装结构的热力学仿真方法，其特征在于，包括：
将量子芯片封装结构的三维模型转换为热力学仿真模型；
根据所述量子芯片封装结构的工作环境设置所述热力学仿真模型的边界条件，所述量子芯片封装结构的工作环境包括已知冷源和经验热源；
根据所述量子芯片封装结构的物性参数设置所述热力学仿真模型的参数条件；
基于所述边界条件、所述参数条件对所述热力学仿真模型进行热力学仿真；
获取开始仿真到所述量子芯片封装结构的温度分布处于稳态期间的热力学仿真结果；
根据所述热力学仿真结果获取量子芯片封装结构内部结构的传热路径。
2.根据权利要求1所述的热力学仿真方法，其特征在于，还包括：
将所述传热路径中含有量子芯片的传热路径作为第一传热路径；
获取所述第一传热路径中量子芯片所在路径节点与第一个路径节点的温度的差值的绝对值作为第一绝对值；
当所述第一绝对值大于第一阈值，则将所述参数条件作为目标参数，用以实现所述量子芯片封装结构的优化；
其中，所述第一个路径节点为接触热源的路径节点。
3.根据权利要求2所述的热力学仿真方法，其特征在于，还包括：
将所述传热路径中不含有量子芯片的传热路径作为第二传热路径；
获取所述第二传热路径中最后一个路径节点与第一个路径节点的热量的差值的绝对值作为第二绝对值；
当所述第二绝对值小于第二阈值，则将所述参数条件作为目标参数；
其中，所述第一阈值大于或等于所述第二阈值，所述最后一个路径节点为接触冷源的路径节点。
4.根据权利要求2所述的热力学仿真方法，其特征在于，所述获取所述第一传热路径中量子芯片所在路径节点与第一个路径节点的温度的差值的绝对值作为第一绝对值的步骤还包括：
获取所述第一传热路径中量子芯片所在路径节点与最后一个路径节点的温度的差值的绝对值作为第三绝对值；
所述当所述第一绝对值大于第一阈值，则将所述参数条件作为目标参数的步骤具体包括：
当所述第一绝对值大于第一阈值并且所述第三绝对值小于第三阈值，则将所述参数条件作为目标参数；
其中，所述第一阈值大于所述第三阈值。
5.根据权利要求1所述的热力学仿真方法，其特征在于，所述量子芯片封装结构的温度分布处于稳态的判决条件是：
所述热力学仿真模型上任意一处的温度持续预定时间保持不变。
6.根据权利要求1至5任一项所述的热力学仿真方法，其特征在于，所述经验热源包括环境热源和焦耳热源。
7.根据权利要求6所述的热力学仿真方法，其特征在于，所述已知冷源施加在所述热力学仿真模型的底部，所述经验热源施加在所述热力学仿真模型的顶部或内部。
8.根据权利要求1至5任一项所述的热力学仿真方法，其特征在于，所述根据所述量子芯片封装结构的物性参数设置所述热力学仿真模型的参数条件的步骤具体包括：
根据所述量子芯片封装结构的物性参数和所述量子芯片封装结构各部分之间的接触热阻设置所述热力学仿真模型的参数条件。
9.根据权利要求1至5任一项所述的热力学仿真方法，其特征在于，所述基于所述边界条件、所述参数条件对所述热力学仿真模型进行热力学仿真的步骤具体包括：
对所述热力学仿真模型进行网格划分；
基于所述边界条件、所述参数条件对所述划分网格后的热力学仿真模型进行热力学仿真。
10.根据权利要求9所述的热力学仿真方法，其特征在于，所述对所述热力学仿真模型进行网格划分的步骤具体包括：
将所述热力学仿真模型中量子芯片对应的区域按照第一网格尺寸进行划分；
将所述热力学仿真模型中量子芯片周围预定范围对应的区域按照第二网格尺寸进行划分；
将所述热力学仿真模型中的其它区域按照第三网格尺寸进行划分；
其中，所述第三网格尺寸大于所述第二网格尺寸，所述第二网格尺寸大于所述第一网格尺寸。
11.一种量子芯片封装结构的热力学仿真装置，其特征在于，包括：
模型转换模块，用于将量子芯片封装结构的三维模型转换为热力学仿真模型；
边界设置模块，用于根据所述量子芯片封装结构的工作环境设置所述热力学仿真模型的边界条件，所述量子芯片封装结构的工作环境包括已知冷源和经验热源；
参数设置模块，用于根据所述量子芯片封装结构的物性参数设置所述热力学仿真模型的参数条件；
仿真执行模块，用于基于所述边界条件、所述参数条件对所述热力学仿真模型进行热力学仿真；
结果获取模块，用于获取开始仿真到所述量子芯片封装结构的温度分布处于稳态期间的热力学仿真结果；
路径获取模块，用于根据所述热力学仿真结果获取量子芯片封装结构内部结构的传热路径。
12.根据权利要求11所述的热力学仿真装置，其特征在于，还包括：
路径选择模块，用于将所述传热路径中含有量子芯片的传热路径作为第一传热路径；
温差获取模块，用于获取所述第一传热路径中量子芯片所在路径节点与第一个路径节点的温度的差值的绝对值作为第一绝对值；
参数选择模块，用于当所述第一绝对值大于第一阈值，则将所述参数条件作为目标参数，用以实现所述量子芯片封装结构的优化；
其中，所述第一个路径节点为接触热源的路径节点。
13.根据权利要求12所述的热力学仿真装置，其特征在于，所述路径选择模块还用于将所述传热路径中不含有量子芯片的传热路径作为第二传热路径；
所述温差获取模块还用于获取所述第二传热路径中最后一个路径节点与第一个路径节点的热量的差值的绝对值作为第二绝对值；
所述参数选择模块还用于当所述第二绝对值小于第二阈值，则将所述参数条件作为目标参数；
其中，所述第一阈值大于或等于所述第二阈值，所述最后一个路径节点为接触冷源的路径节点。
14.根据权利要求12所述的热力学仿真装置，其特征在于，所述温差获取模块还用于获取所述第一传热路径中量子芯片所在路径节点与最后一个路径节点的温度的差值的绝对值作为第三绝对值；
所述参数选择模块具体用于当所述第一绝对值大于第一阈值并且所述第三绝对值小于第三阈值，则将所述参数条件作为目标参数；
其中，所述第一阈值大于所述第三阈值。
15.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行权利要求1至10任一项所述的方法。
16.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至10任一项所述的方法。
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