系統(tǒng)級(jí)的熱設(shè)計(jì)主要是針對(duì)電子設(shè)備所處環(huán)境的溫度對(duì)其影響,環(huán)境溫度是電路板級(jí)熱分析的重要邊界條件,其熱設(shè)計(jì)是采取措施控制環(huán)境溫度,使電子設(shè)備在適宜的溫度環(huán)境下進(jìn)行工作。
主要提供三種熱管理設(shè)計(jì)
自然冷卻方案：一般情況下,電子設(shè)備都采用此種冷卻方式。熱輻射可以通過(guò)真空或者通過(guò)吸收作用相當(dāng)小的氣體進(jìn)行傳播。當(dāng)電子設(shè)備內(nèi)部具有較大的溫差時(shí),可利用輻射換熱來(lái)進(jìn)行熱傳導(dǎo)。
強(qiáng)制冷卻方案：分為空氣冷卻和液體冷卻兩種方案；空氣強(qiáng)迫對(duì)流冷卻技術(shù)較自然冷卻減小了電子設(shè)備冷卻系統(tǒng)的體積,使其具有更高的元器件密度和更高的熱點(diǎn)溫度；液體冷卻主要依靠的是相變?cè)?，相變過(guò)程伴隨有大量熱量的釋放和吸收,采用相變冷卻的方法可以對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行有效的溫度控制。

熱管冷卻方案：熱管是一種密封結(jié)構(gòu)的空心管,管內(nèi)含有蒸發(fā)時(shí)傳遞大量熱量的液體以及冷凝時(shí)將液體帶回起點(diǎn)的吸液芯。整個(gè)過(guò)程是在沒(méi)有外部動(dòng)力,沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)零件,沒(méi)有噪聲的情況下完成的,而且設(shè)計(jì)極為簡(jiǎn)單有效,傳遞的熱量比固態(tài)金屬大幾百倍。

主要的方案設(shè)計(jì)：金屬類(lèi)的電子封裝外殼，框體，底座的方案設(shè)計(jì)；金屬陶瓷復(fù)合材料的電子封裝外殼，框體，底座的方案設(shè)計(jì)；電池水冷板方案設(shè)計(jì)；航空航天特種VC結(jié)構(gòu)散熱方案設(shè)計(jì)。

封裝級(jí)的熱設(shè)計(jì)主要是針對(duì)電子模板和PCB電路板熱設(shè)計(jì)，是與設(shè)備的電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)同步進(jìn)行的。主要是針對(duì)電路板基材進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。

金屬基陶瓷基板

1、密度在2.95-3.05g/cm³之間。

2、熱膨脹系(CTE)6-9ppm/℃，熱導(dǎo)率在180-240(W/mK)。

3、具有可調(diào)的體積分?jǐn)?shù)，提高碳化硅的體積分?jǐn)?shù)可以使材料的熱膨脹系數(shù)顯著降低。

4、具有高的熱導(dǎo)率和比剛度，表面能夠鍍鎳、金、銀、銅，具有良好的鍍覆性能。

陶瓷基板

1、陶瓷基板的熱膨脹系數(shù)接近硅芯片，可節(jié)省過(guò)渡層Mo片，省工、節(jié)材、降低成本。

2、減少焊層，降低熱阻，減少空洞，提高成品率。

3、優(yōu)良的導(dǎo)熱性，使芯片的封裝非常緊湊，從而使功率密度大大提高，改善系統(tǒng)和裝置的可靠性；絕緣耐壓高，保障人身安全和設(shè)備的防護(hù)能力。

4、超薄型(0.25mm)陶瓷基板可替代BeO，無(wú)環(huán)保毒性問(wèn)題；可以實(shí)現(xiàn)新的封裝和組裝方法，使產(chǎn)品高度集成，體積縮小。

5、載流量大，100A電流連續(xù)通過(guò)1mm寬0.3mm厚銅體，溫升約17℃；100A電流連續(xù)通過(guò)2mm寬0.3mm厚銅體，溫升僅5℃左右。

6、熱阻低，10×10mm陶瓷基板的熱阻:0.63mm厚度陶瓷基片的熱阻為0.31K/W ，0.38mm厚度陶瓷基片的熱阻為0.19K/W，0.25mm厚度陶瓷基片的熱阻為0.14K/W。

金屬基板

以其優(yōu)異的散熱性能、機(jī)械加工性能、電磁屏蔽性能、尺寸穩(wěn)定性能、磁力性能及多功能性能，在混合集成電路、汽車(chē)、大功率電器設(shè)備、電源設(shè)備等領(lǐng)域，得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，特別是在LED封裝產(chǎn)品中作為底基板得到了廣泛的應(yīng)用。

1、金屬基板可有效解決散熱問(wèn)題，從而使電路板上的元器件不同物質(zhì)的熱脹冷縮問(wèn)題得到緩解，提高整機(jī)和電子設(shè)備的耐用性和可靠性。

2、很多雙面板、多層板密度高、功率大，熱量散發(fā)難。常規(guī)的電路板基材如FR4、CEM3都是熱的不良導(dǎo)體，層間絕緣，熱量散發(fā)不出去，導(dǎo)致電子 元器件高溫失效，而金屬基印制板可解決這一散熱難題。

3、金屬基板尺寸顯然要比絕緣材料的板材穩(wěn)定得多。

4、鐵基板，具有屏蔽作用，能夠替代脆性陶瓷基材，取代了散熱器等元器件，改善產(chǎn)品耐熱和物理性能，減少生產(chǎn)成本和勞力。

由于電子設(shè)備各個(gè)部件是由各種不同材料的元器件組成如:硅芯片、氧化硅絕緣膜、鋁互連線(xiàn)、金屬引線(xiàn)框架和塑料封裝外殼等。這些材料的熱膨脹系數(shù)各不相同,一旦遇到溫度變化,就會(huì)在不同材料的交界面上產(chǎn)生壓縮或拉伸應(yīng)力,因此產(chǎn)生了熱不匹配應(yīng)力,簡(jiǎn)稱(chēng)熱應(yīng)力。材料熱性質(zhì)不匹配是產(chǎn)生熱應(yīng)力的內(nèi)因,而溫度變化是產(chǎn)生熱應(yīng)力的外因。元器件級(jí)的熱設(shè)計(jì)是為了防止器件出現(xiàn)過(guò)熱或溫度交變而失效。
目前針對(duì)元器件級(jí)的熱設(shè)計(jì)，采用以鋁碳化硅、鋁硅、金剛石銅/鋁為代表的第三代電子封裝材料作為熱設(shè)計(jì)的基材；
1、其CTE能夠與介電襯底、陶瓷焊球陣列(BGA)、低溫?zé)Y(jié)陶瓷(LTCC)材料以及印刷電路板相匹配,同時(shí)還具有高熱傳導(dǎo)率數(shù)值，同時(shí)金屬基復(fù)合材料的高強(qiáng)度和硬度在組裝過(guò)程中還為集成電路器件提供了保護(hù)。此類(lèi)材料的低密度還可改善器件受到?jīng)_擊或振動(dòng)時(shí)的可靠性。
2、在光電封裝的幾何外形比倒裝焊蓋板要復(fù)雜,因此對(duì)于光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的圖形需要更為精確的尺寸控制。所有封裝都是模鑄的,關(guān)鍵的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)部分不需要額外的加工。因此與傳統(tǒng)的封裝件相比成本更低。光電器件中的熱管理同樣非常重要。器件通常工作在室溫附近,這就需要具有良好散熱性能的材料來(lái)保持溫度均勻性并優(yōu)化冷卻器的性能。金屬基復(fù)合材料可調(diào)匹配的CTE數(shù)值可在工作中保證敏感光學(xué)器件的對(duì)準(zhǔn),同時(shí)還可消除焊接或銅焊組裝過(guò)程中可能引入的殘余應(yīng)力。