電子產品熱管理
發布時間:2011/8/27 11:36:23 訪問次數:3127
對于電子器件及電路工作中不可避免的“副產品”——熱量進行治理，保證電路和產品正常工作，通常稱為“熱管理”，是電子產品設計制造中非常重要的一個技術環節。一般提到電子制造熱設計，指的就是熱控制在這一方面的應用。
1．熱管理與電子系統 H11AV1A
由于電流的熱效應，所有電子器件及電路工作中都會發熱，并且隨著電路工作頻率的提高、電子器件高集成度和產品高密度組裝的發展趨勢，這種熱量“副產品”有增無減，溫度的升高對電子產品工作的影響日益嚴重。
統計數據表明55%的電子產品失效與過高的熱環境應力有關。較嚴酷的熱環境應力對大多數電子產品的正常工作產生嚴重的影響，導致電子元器件加速失效’從而引起整個產品的失效。近年來，隨著大規模、超大規模集成電路和表面貼裝技術的應用'電子產品向小型化、高密度、高可靠性方向發展，尤其在航空航天領域，高度集成性、高度精確性、高度復雜性和極其狹小的空間等特點，使得對電子系統熱設計的要求也越來越高，熱管理已成為影響其性能和可靠性的重要因素之一。
1)溫度對電路工作的影響
有源器件的溫度升高通常會改變它的電參數，例如增益、漏電流、失調電流、失調電壓和正向壓降等。例如有源器件的工作溫度每升高10℃，漏電流將會增大約1倍'降低這些器件的溫度可以減小漏電流的影響。如果一個有源器件的溫度升得太高，超過容許范圍，容易引起器件失效。
無源元件工作溫度的變化通常會改變它們的數值。例如，薄膜電阻的溫度系數范圍從每攝氏度百萬分之幾(10-6/℃)到百萬分之幾百。陶瓷電容器的電容值隨溫度酌變化在容許的溫度范圍內（-55～125℃）可達到60%。這些電參數的變化一般是我們所不希望的。
如果溫度升到足夠高，被“加熱”的有源或無源元器件可能會永久退化甚至完全失效。這些失效包括熱擊穿、結失效、金屬化失效、腐蝕、電阻漂移和電遷移擴散等'因此設計者需要盡量減小任何溫度的升高。
2)溫度對產品結構的影響
一個電子產品，從元器件、印制電路板或其他零部件到整機，都是由多種材料以一定方式連接組成，這些材料溫度系數各不相同，當它們受到溫度變化時，除了少數特例,都會產生熱脹冷縮，而材料在膨脹或收縮時受到約束就會產生熱應力作用。這種熱應力反復作用的結果就會引起相應物理結構的損壞。圖7.4.4所示為一個銅散熱裝置和金屬化的陶瓷基板焊接在一起的結構實例。陶瓷的TCE為6.4×10-6/℃，而銅的TCE為16.8×10-6/℃，在溫度循環過程中，熱脹冷縮反復進行，銅將以比陶瓷更快的速率膨脹和收縮，但是受到約束。經過一段時間和重復的溫度循環后，這種約束將會導致銅散熱裝置彎曲、焊接點失效、陶瓷翹曲或者開裂，從而使這個物理結構完全失效。為了減小或消除熱應力，需要選擇合適的材料并減少由自身發熱引起的溫度變化。
3)溫度對可靠性的影響
電子元器件的失效率和熱量成正比，它的值可由Arrheniu。方程表示：
F=Ae-EA/KT
式中，A為常數；F為失效率；EA為激活能(eV)；K為玻耳茲曼常數(8.63×10-5eV/K)；T為結溫(K)。
激活能是一個與失效機理有關的參數，可以從有關手冊查得，作為最終產品可靠性評估的依據。例如腐蝕的激活能為0.53～0.70、電遷移為0.68～0.95、金一鋁膜為1.0等。如果一個器件的激活能E=1OeV，當它的工作溫度由50℃升高到60℃時，失效率將增大到2.9倍；如果激活能為0.65eV，同樣溫度升高失效率將增大到2.0倍。
圖7.4.5所示的IC封裝中的內引線鍵合，是金絲鍵合到鋁壓焊塊上（或者鋁絲鍵合到金壓焊塊上），在高溫下將出現一種特殊的失效機理——形成金屬間化合物并形成空洞。金屬間化合物是一種容易脆斷的金相，隨著溫度升高和時間而生長。圖7.4.5中所示是在180℃溫度下，經過96h后金屬間化合物生長的情況。為了減少這些金屬間化合物的生長，必須降低半導體中的溫升。金屬間化合物生長
2．電子產品的熱環境
電子產品工作時熱環境的多樣性和可變性是熱設計的一個重要因素，例如裝在宇航飛行器上的電子設備，在整個飛行過程中將遇到地球大氣層的熱環境、大氣層外的宇宙空間的熱環境等。汽車上工作的電子元器件所經受的環境條件比室內環境下設備的條件要惡劣得多，它們必須滿足不同環境溫度和壓力變化，此外，還有機械振動、沖擊和環境腐蝕多種不確定因素。
通常電子產品工作的熱環境包括：
①環境溫度和氣壓（或高度）的極限值；
②環境溫度和氣壓（或高度）的變化率；
③太陽或周圍物體的輻射熱；
④可利用的熱沉（包括種類、溫度、壓力和濕度）；
⑤冷卻劑的種類、溫度、壓力和允許的壓降等。
熱沉是一個傳熱學術語，是指一個無限大的熱容器，它的溫度不隨傳遞到它的熱能大小而變化，它可能是大地、大氣、大體積的水或宇宙，又稱熱地。對空用和陸用設備而言，周圍的大地就是熱沉。
不同領域電子產品工作熱環境相差很大，例如航天器上的電子設備依靠向宇宙空間的熱輻射實現散熱，其空間環境溫度為-269℃，由于沒有空氣，因而不存在對流傳熱；航天器經受太陽的直接熱輻射、行星及其衛星的反照以及行星與衛星陰影區的深度冷卻，故在航天器表面應有合適的涂層，以適應太空環境的熱控制需要。
由于電子技術的迅速發展，電子產品工作環境千差萬別，很難對所有的電子元器件規定一個標準化的熱環境，各國都有自己相應的國家標準。
3．電子產品的冷卻方法 H4CFC2DI
電子產品（或元器件）可以通過各種方法冷卻。各種冷卻方法各有千秋，要根據不同領域的不同產品要求選擇。各種方法可以單獨使用，也可以幾種聯合使用。
1)按冷卻劑與被冷卻元器件是否直接接觸分類
(1)直接冷卻這種方法是冷卻劑進入電子設備后，直接與被冷卻元件相接觸，將元器件的熱量帶走，達到冷卻的目的，如圖7.4.6(a)所示。
(2)間接冷卻設備內部的冷卻劑通過所有的發熱元件，將接收到的熱量傳到設備的外殼，再通過外部的一個熱交換器，由外部冷卻劑將熱量散掉，如圖7.4.6(b)所示。
2)按傳熱機理分類
按傳熱機理分類，有如下幾種方法。
(1)自然冷卻利用設備中各個元器件的空隙以及機殼的熱傳導、對流和輻射來達到冷卻目的，這種方法廣泛的應用在中小功率設備上。自然對流依賴于流體的密度變化，所要求的驅動力不是很大，因此在流動路徑中容易受到障礙和阻力的影響而降低流體的流量和冷卻速率。因此在清晰干凈且暢通的情況下，自然對流是一種比較有效的冷卻方式。一般情況下，電子設備都采用此種冷卻方式。
(2)強迫冷卻 分為空氣和液體兩種方式，其中空氣冷卻形式應用最廣泛，通常采用風扇實現強制對流，稱為“風冷”，其換熱量比自然對流和輻射要大10倍，可以減小電子產品體積。
(3)相變冷卻相變過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電子設備進行有效的溫度控制。利用相變材料的相變過程作為熱控制的基本形式有兩種：液體的氣化和固體的熔化。圖7.4.7所示為液體的氣化冷卻示意圖，主要應用于高能量密度的部件或電子器件冷卻。
(4)冷卻新技術 由于電子產品微小型化趨勢，電子制造中熱管理技術要求越來越高，要求冷卻方法的效率越來越高，冷卻器的體積越來越小，傳統的冷卻方法已經越來越出捉襟見肘。多種冷卻新技術，例如熱管冷卻、半導體（熱電）致冷、微通道致冷、熱聲致冷等高效率、小體積的致冷方法在不斷涌現并發展。
4．熱控制基本原則 H57V2562GTR-75C
熱控制的總原則就是自熱源至耗散空間（環境）玄間，提供一條熱阻盡可能低的通路。降低熱阻的方法，一是控制電子元器件的內熱阻，也即芯片級的熱設計；二是控制電子元器件或整機設備的外熱阻，也即印制電路板級和整機級的熱設計。熱控制的目的是控制電子元器件的節點溫度，使之在允許的工作溫度范圍內。
1)滿足可靠性要求
電子產品熱設計是設備可靠性設計的一項重要技術。由于溫度與元器件失效率的指數規律，隨著溫度的升高，失效率迅速增加。因此，在進行熱設計時，必須首先了解元器件的熱特性，并根據GJB/2299《電子設備可靠性預計手冊》提供的元器件有關數據進行可靠性預測，并根據設備工作環境的類別和元器件質量等級等，預測元器件的工作失效率以及設備的可靠性。
高溫對大多數電子元器件將產生嚴重的影響。過應力（電、熱或機械應力）容易使元器件過早失效，電應力與熱應力之間有著緊密的內在聯系，減少電應力（降額）可使熱應力相應降低，從而提高其可靠性。
2)滿足熱環境要求
不同領域電子產品工作熱環境相差很大，例如地面用電子設備的熱環境包括設備周圍的空氣溫度、濕度、氣壓和空氣流速，設備周圍物體的形狀和黑度，日光照射等；機載電子設備的熱環境包括飛行高度、飛行速度、設備在飛機上的安裝位置、右無空調艙、空調空氣的溫度和流速等。再如為了防止水汽冷凝造成的電氣短路或電化學腐蝕等，艦船用的電子設備，應避免在空氣的露點溫度以下工作；而機載的電子設備，由于飛行高度、溫度及濕度變化較大，如果采用強迫空氣冷卻的方式，要防止潮氣充塞設備，應把電子元器件與冷卻空氣隔離開。
3)適應冷卻系統的工作要求
熱控制應滿足對冷卻系統的工作要求。例如對使用的電源（交流或直流及功率）的要求，對振動和噪聲的限制，對冷卻劑進出口溫度的限制及對冷卻系統結構（安裝條件、密封、體積和質量等）的限制等。
4)可用性與可維護性
由于現代電子設備的安裝密度在不斷地提高，各種導線不同性能的元器件和零部件對環境因素敏感性不同，且各自的散熱量也很不一樣。熱設計就必須為它們提供一種適當的“微氣候”（人為地造成電子設備中局部冷卻的氣候條件），以保證不管環境條件如何變化，冷卻系統都能按預定的方式完成規定的冷卻功能，并且具有良好的可維護性。
5)儲備與應急能力
系統冷卻能力應有一定的儲備，即通常所謂留有余地，工程上稱為冗余設計，防止有的設備在工作一段時間后，由于工程上的變化，可能會引起熱損耗或流體流動阻力的增加，則要求增大其散熱能力，以便無需多大的變更就能增加其散熱能力。
應急能力指在緊急情況下，保證電子系統具有最基本的冷卻措施，關鍵部件或設備在冷卻系統某些部件遭破壞或不工作的情況下，應具備繼續工作的能力。
6)高效率與經濟性
熱管理要根據系統要求、環境溫度、允許工作溫度、可霏性要求，以及產品尺寸、質量、冷卻所需功率、經濟性與安全等因素，選擇最簡單而且高效率的冷卻方法，使系統具有良好的經濟性。
5．冷卻方法的選擇
電子產品的熱控制，一般從確定元器件或設備的冷卻方法開始。冷卻方法的選擇直接影響整機結構、元器件與部件的組裝設計、可靠性、質量和成本等。要有效地控制元器件或設備的溫度，必須首先確定它們的發熱量、與散熱有關的結構尺寸、工作環境條件及其他特殊要求（如密封、氣壓等）。
冷卻方法的選擇應與電子線路的模擬試驗研究同時進行，它既能滿足電氣性能的要求，又能滿足熱可靠性指標的要求。選擇冷卻方法時，應考慮設備（或元器件）的熱流密度、體積功率密度、總功耗、體積、表面積、．工作熱環境條件、熱沉以及其他特殊條件等。
自然冷卻（導熱、自然對流和輻射換熱的單獨作用或兩種以上換熱形式的組合）的優點是可靠性高、成本低。它不需要通風機或泵之類的冷卻劑驅動裝置，避免了因機械部件的磨損或故障影響系統可靠性的弊病，是優先考慮的冷卻方法。
圖7.4.8所示為根據設備的允許溫升和熱流密度確定冷卻方法。由圖可見，當溫升為60℃時，自然冷卻的熱流密度小于0.05W/cm2，因此，這種冷卻方法不可能提供lW/cm的熱流密度，甚至在溫升為100℃時也是這樣。如果用強迫通風冷卻，則傳熱能力可提高一個數量級。若采用碳氟化合物相變（蒸發）冷卻，則可提供相當高的傳熱能力，且這種冷卻劑具有很高的介電特性，可使大多數功率元件直接浸入工作液進行冷卻，其熱流密度將超過lOW/cm2，而溫升卻小于10℃。
圖7.4.8中僅列出一些常用冷卻方法，目前熱管、半導體、微通道冷卻等新的冷卻技術正在發展。例如熱管冷卻技術，傳熱性能比相同的金屬導熱能力高幾十倍，且熱管兩端的溫差很小，是一種小體積、高效率的冷卻技術。
6．熱管理CAE
目前，輔助熱設計并驗證熱設計效果的方法有兩種：熱測量和熱分析。其中熱測量能準確地得到溫度分布，但必須制作物理樣機，通過對真實樣機的試驗和測量獲得改進數據，因而熱設計的周期長并且代價較大。熱分析又稱熱模擬，它采用數學手段，在設計初期就能發現產品的熱缺陷，從而改進其設計，特別是隨著計算機技術的發展，利用電子設計自動化(EDA)和計算機輔助工程(CAE)有關軟件進行熱分析、熱仿真，大大縮短電子產品的開發周期，為提高產品設計的合理性及可靠性提供有力保障。
熱分析的基礎是計算傳熱學，分析方法主要有兩類：解析法和數值分析法。其中，解析法只能求解一些簡單的問題；數值法以離散數學、數值計算為基礎，以計算機為工具，能對大雖復雜問題進行求解。數值計算方法主要有有限差分法、有限容積法、有限元素法和邊界元法等。熱分析的基本內容包括根據工程實際來對模型簡化，建立數學模型，求解非線性方程,編制和調試分析程序以及熱參數的計算和測量、驗證等。作為熱設計的基礎，熱分析是評估熱設計好壞的重要手段。
目前，國外許多公司已經開發出了電子產品與系統的熱分析軟件，并大多已商品化，例如，美國Fluent公司的Icepak軟件，英國Flomerics公司的Flotherm軟件等。這些專業級軟件一般都包括大量的電子元器件和零部件模型、各種風扇庫及材料庫等，功能比較齊全，可以滿足不同領域、不同尺度級別的熱分析。例如Icepak軟件就包括：
①環境級——機房、外太空等環境級的熱分析；
②系統級——電子設備機箱、機柜以及方艙等系統級的熱分析；
③板級--PCB板級的熱分析；
對于電子器件及電路工作中不可避免的“副產品”——熱量進行治理，保證電路和產品正常工作，通常稱為“熱管理”，是電子產品設計制造中非常重要的一個技術環節。一般提到電子制造熱設計，指的就是熱控制在這一方面的應用。
1．熱管理與電子系統 H11AV1A
由于電流的熱效應，所有電子器件及電路工作中都會發熱，并且隨著電路工作頻率的提高、電子器件高集成度和產品高密度組裝的發展趨勢，這種熱量“副產品”有增無減，溫度的升高對電子產品工作的影響日益嚴重。
統計數據表明55%的電子產品失效與過高的熱環境應力有關。較嚴酷的熱環境應力對大多數電子產品的正常工作產生嚴重的影響，導致電子元器件加速失效’從而引起整個產品的失效。近年來，隨著大規模、超大規模集成電路和表面貼裝技術的應用'電子產品向小型化、高密度、高可靠性方向發展，尤其在航空航天領域，高度集成性、高度精確性、高度復雜性和極其狹小的空間等特點，使得對電子系統熱設計的要求也越來越高，熱管理已成為影響其性能和可靠性的重要因素之一。
1)溫度對電路工作的影響
有源器件的溫度升高通常會改變它的電參數，例如增益、漏電流、失調電流、失調電壓和正向壓降等。例如有源器件的工作溫度每升高10℃，漏電流將會增大約1倍'降低這些器件的溫度可以減小漏電流的影響。如果一個有源器件的溫度升得太高，超過容許范圍，容易引起器件失效。
無源元件工作溫度的變化通常會改變它們的數值。例如，薄膜電阻的溫度系數范圍從每攝氏度百萬分之幾(10-6/℃)到百萬分之幾百。陶瓷電容器的電容值隨溫度酌變化在容許的溫度范圍內（-55～125℃）可達到60%。這些電參數的變化一般是我們所不希望的。
如果溫度升到足夠高，被“加熱”的有源或無源元器件可能會永久退化甚至完全失效。這些失效包括熱擊穿、結失效、金屬化失效、腐蝕、電阻漂移和電遷移擴散等'因此設計者需要盡量減小任何溫度的升高。
2)溫度對產品結構的影響
一個電子產品，從元器件、印制電路板或其他零部件到整機，都是由多種材料以一定方式連接組成，這些材料溫度系數各不相同，當它們受到溫度變化時，除了少數特例,都會產生熱脹冷縮，而材料在膨脹或收縮時受到約束就會產生熱應力作用。這種熱應力反復作用的結果就會引起相應物理結構的損壞。圖7.4.4所示為一個銅散熱裝置和金屬化的陶瓷基板焊接在一起的結構實例。陶瓷的TCE為6.4×10-6/℃，而銅的TCE為16.8×10-6/℃，在溫度循環過程中，熱脹冷縮反復進行，銅將以比陶瓷更快的速率膨脹和收縮，但是受到約束。經過一段時間和重復的溫度循環后，這種約束將會導致銅散熱裝置彎曲、焊接點失效、陶瓷翹曲或者開裂，從而使這個物理結構完全失效。為了減小或消除熱應力，需要選擇合適的材料并減少由自身發熱引起的溫度變化。
3)溫度對可靠性的影響
電子元器件的失效率和熱量成正比，它的值可由Arrheniu。方程表示：
F=Ae-EA/KT
式中，A為常數；F為失效率；EA為激活能(eV)；K為玻耳茲曼常數(8.63×10-5eV/K)；T為結溫(K)。
激活能是一個與失效機理有關的參數，可以從有關手冊查得，作為最終產品可靠性評估的依據。例如腐蝕的激活能為0.53～0.70、電遷移為0.68～0.95、金一鋁膜為1.0等。如果一個器件的激活能E=1OeV，當它的工作溫度由50℃升高到60℃時，失效率將增大到2.9倍；如果激活能為0.65eV，同樣溫度升高失效率將增大到2.0倍。
圖7.4.5所示的IC封裝中的內引線鍵合，是金絲鍵合到鋁壓焊塊上（或者鋁絲鍵合到金壓焊塊上），在高溫下將出現一種特殊的失效機理——形成金屬間化合物并形成空洞。金屬間化合物是一種容易脆斷的金相，隨著溫度升高和時間而生長。圖7.4.5中所示是在180℃溫度下，經過96h后金屬間化合物生長的情況。為了減少這些金屬間化合物的生長，必須降低半導體中的溫升。金屬間化合物生長
2．電子產品的熱環境
電子產品工作時熱環境的多樣性和可變性是熱設計的一個重要因素，例如裝在宇航飛行器上的電子設備，在整個飛行過程中將遇到地球大氣層的熱環境、大氣層外的宇宙空間的熱環境等。汽車上工作的電子元器件所經受的環境條件比室內環境下設備的條件要惡劣得多，它們必須滿足不同環境溫度和壓力變化，此外，還有機械振動、沖擊和環境腐蝕多種不確定因素。
通常電子產品工作的熱環境包括：
①環境溫度和氣壓（或高度）的極限值；
②環境溫度和氣壓（或高度）的變化率；
③太陽或周圍物體的輻射熱；
④可利用的熱沉（包括種類、溫度、壓力和濕度）；
⑤冷卻劑的種類、溫度、壓力和允許的壓降等。
熱沉是一個傳熱學術語，是指一個無限大的熱容器，它的溫度不隨傳遞到它的熱能大小而變化，它可能是大地、大氣、大體積的水或宇宙，又稱熱地。對空用和陸用設備而言，周圍的大地就是熱沉。
不同領域電子產品工作熱環境相差很大，例如航天器上的電子設備依靠向宇宙空間的熱輻射實現散熱，其空間環境溫度為-269℃，由于沒有空氣，因而不存在對流傳熱；航天器經受太陽的直接熱輻射、行星及其衛星的反照以及行星與衛星陰影區的深度冷卻，故在航天器表面應有合適的涂層，以適應太空環境的熱控制需要。
由于電子技術的迅速發展，電子產品工作環境千差萬別，很難對所有的電子元器件規定一個標準化的熱環境，各國都有自己相應的國家標準。
3．電子產品的冷卻方法 H4CFC2DI
電子產品（或元器件）可以通過各種方法冷卻。各種冷卻方法各有千秋，要根據不同領域的不同產品要求選擇。各種方法可以單獨使用，也可以幾種聯合使用。
1)按冷卻劑與被冷卻元器件是否直接接觸分類
(1)直接冷卻這種方法是冷卻劑進入電子設備后，直接與被冷卻元件相接觸，將元器件的熱量帶走，達到冷卻的目的，如圖7.4.6(a)所示。
(2)間接冷卻設備內部的冷卻劑通過所有的發熱元件，將接收到的熱量傳到設備的外殼，再通過外部的一個熱交換器，由外部冷卻劑將熱量散掉，如圖7.4.6(b)所示。
2)按傳熱機理分類
按傳熱機理分類，有如下幾種方法。
(1)自然冷卻利用設備中各個元器件的空隙以及機殼的熱傳導、對流和輻射來達到冷卻目的，這種方法廣泛的應用在中小功率設備上。自然對流依賴于流體的密度變化，所要求的驅動力不是很大，因此在流動路徑中容易受到障礙和阻力的影響而降低流體的流量和冷卻速率。因此在清晰干凈且暢通的情況下，自然對流是一種比較有效的冷卻方式。一般情況下，電子設備都采用此種冷卻方式。
(2)強迫冷卻 分為空氣和液體兩種方式，其中空氣冷卻形式應用最廣泛，通常采用風扇實現強制對流，稱為“風冷”，其換熱量比自然對流和輻射要大10倍，可以減小電子產品體積。
(3)相變冷卻相變過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電子設備進行有效的溫度控制。利用相變材料的相變過程作為熱控制的基本形式有兩種：液體的氣化和固體的熔化。圖7.4.7所示為液體的氣化冷卻示意圖，主要應用于高能量密度的部件或電子器件冷卻。
(4)冷卻新技術 由于電子產品微小型化趨勢，電子制造中熱管理技術要求越來越高，要求冷卻方法的效率越來越高，冷卻器的體積越來越小，傳統的冷卻方法已經越來越出捉襟見肘。多種冷卻新技術，例如熱管冷卻、半導體（熱電）致冷、微通道致冷、熱聲致冷等高效率、小體積的致冷方法在不斷涌現并發展。
4．熱控制基本原則 H57V2562GTR-75C
熱控制的總原則就是自熱源至耗散空間（環境）玄間，提供一條熱阻盡可能低的通路。降低熱阻的方法，一是控制電子元器件的內熱阻，也即芯片級的熱設計；二是控制電子元器件或整機設備的外熱阻，也即印制電路板級和整機級的熱設計。熱控制的目的是控制電子元器件的節點溫度，使之在允許的工作溫度范圍內。
1)滿足可靠性要求
電子產品熱設計是設備可靠性設計的一項重要技術。由于溫度與元器件失效率的指數規律，隨著溫度的升高，失效率迅速增加。因此，在進行熱設計時，必須首先了解元器件的熱特性，并根據GJB/2299《電子設備可靠性預計手冊》提供的元器件有關數據進行可靠性預測，并根據設備工作環境的類別和元器件質量等級等，預測元器件的工作失效率以及設備的可靠性。
高溫對大多數電子元器件將產生嚴重的影響。過應力（電、熱或機械應力）容易使元器件過早失效，電應力與熱應力之間有著緊密的內在聯系，減少電應力（降額）可使熱應力相應降低，從而提高其可靠性。
2)滿足熱環境要求
不同領域電子產品工作熱環境相差很大，例如地面用電子設備的熱環境包括設備周圍的空氣溫度、濕度、氣壓和空氣流速，設備周圍物體的形狀和黑度，日光照射等；機載電子設備的熱環境包括飛行高度、飛行速度、設備在飛機上的安裝位置、右無空調艙、空調空氣的溫度和流速等。再如為了防止水汽冷凝造成的電氣短路或電化學腐蝕等，艦船用的電子設備，應避免在空氣的露點溫度以下工作；而機載的電子設備，由于飛行高度、溫度及濕度變化較大，如果采用強迫空氣冷卻的方式，要防止潮氣充塞設備，應把電子元器件與冷卻空氣隔離開。
3)適應冷卻系統的工作要求
熱控制應滿足對冷卻系統的工作要求。例如對使用的電源（交流或直流及功率）的要求，對振動和噪聲的限制，對冷卻劑進出口溫度的限制及對冷卻系統結構（安裝條件、密封、體積和質量等）的限制等。
4)可用性與可維護性
由于現代電子設備的安裝密度在不斷地提高，各種導線不同性能的元器件和零部件對環境因素敏感性不同，且各自的散熱量也很不一樣。熱設計就必須為它們提供一種適當的“微氣候”（人為地造成電子設備中局部冷卻的氣候條件），以保證不管環境條件如何變化，冷卻系統都能按預定的方式完成規定的冷卻功能，并且具有良好的可維護性。
5)儲備與應急能力
系統冷卻能力應有一定的儲備，即通常所謂留有余地，工程上稱為冗余設計，防止有的設備在工作一段時間后，由于工程上的變化，可能會引起熱損耗或流體流動阻力的增加，則要求增大其散熱能力，以便無需多大的變更就能增加其散熱能力。
應急能力指在緊急情況下，保證電子系統具有最基本的冷卻措施，關鍵部件或設備在冷卻系統某些部件遭破壞或不工作的情況下，應具備繼續工作的能力。
6)高效率與經濟性
熱管理要根據系統要求、環境溫度、允許工作溫度、可霏性要求，以及產品尺寸、質量、冷卻所需功率、經濟性與安全等因素，選擇最簡單而且高效率的冷卻方法，使系統具有良好的經濟性。
5．冷卻方法的選擇
電子產品的熱控制，一般從確定元器件或設備的冷卻方法開始。冷卻方法的選擇直接影響整機結構、元器件與部件的組裝設計、可靠性、質量和成本等。要有效地控制元器件或設備的溫度，必須首先確定它們的發熱量、與散熱有關的結構尺寸、工作環境條件及其他特殊要求（如密封、氣壓等）。
冷卻方法的選擇應與電子線路的模擬試驗研究同時進行，它既能滿足電氣性能的要求，又能滿足熱可靠性指標的要求。選擇冷卻方法時，應考慮設備（或元器件）的熱流密度、體積功率密度、總功耗、體積、表面積、．工作熱環境條件、熱沉以及其他特殊條件等。
自然冷卻（導熱、自然對流和輻射換熱的單獨作用或兩種以上換熱形式的組合）的優點是可靠性高、成本低。它不需要通風機或泵之類的冷卻劑驅動裝置，避免了因機械部件的磨損或故障影響系統可靠性的弊病，是優先考慮的冷卻方法。
圖7.4.8所示為根據設備的允許溫升和熱流密度確定冷卻方法。由圖可見，當溫升為60℃時，自然冷卻的熱流密度小于0.05W/cm2，因此，這種冷卻方法不可能提供lW/cm的熱流密度，甚至在溫升為100℃時也是這樣。如果用強迫通風冷卻，則傳熱能力可提高一個數量級。若采用碳氟化合物相變（蒸發）冷卻，則可提供相當高的傳熱能力，且這種冷卻劑具有很高的介電特性，可使大多數功率元件直接浸入工作液進行冷卻，其熱流密度將超過lOW/cm2，而溫升卻小于10℃。
圖7.4.8中僅列出一些常用冷卻方法，目前熱管、半導體、微通道冷卻等新的冷卻技術正在發展。例如熱管冷卻技術，傳熱性能比相同的金屬導熱能力高幾十倍，且熱管兩端的溫差很小，是一種小體積、高效率的冷卻技術。
6．熱管理CAE
目前，輔助熱設計并驗證熱設計效果的方法有兩種：熱測量和熱分析。其中熱測量能準確地得到溫度分布，但必須制作物理樣機，通過對真實樣機的試驗和測量獲得改進數據，因而熱設計的周期長并且代價較大。熱分析又稱熱模擬，它采用數學手段，在設計初期就能發現產品的熱缺陷，從而改進其設計，特別是隨著計算機技術的發展，利用電子設計自動化(EDA)和計算機輔助工程(CAE)有關軟件進行熱分析、熱仿真，大大縮短電子產品的開發周期，為提高產品設計的合理性及可靠性提供有力保障。
熱分析的基礎是計算傳熱學，分析方法主要有兩類：解析法和數值分析法。其中，解析法只能求解一些簡單的問題；數值法以離散數學、數值計算為基礎，以計算機為工具，能對大雖復雜問題進行求解。數值計算方法主要有有限差分法、有限容積法、有限元素法和邊界元法等。熱分析的基本內容包括根據工程實際來對模型簡化，建立數學模型，求解非線性方程,編制和調試分析程序以及熱參數的計算和測量、驗證等。作為熱設計的基礎，熱分析是評估熱設計好壞的重要手段。
目前，國外許多公司已經開發出了電子產品與系統的熱分析軟件，并大多已商品化，例如，美國Fluent公司的Icepak軟件，英國Flomerics公司的Flotherm軟件等。這些專業級軟件一般都包括大量的電子元器件和零部件模型、各種風扇庫及材料庫等，功能比較齊全，可以滿足不同領域、不同尺度級別的熱分析。例如Icepak軟件就包括：
①環境級——機房、外太空等環境級的熱分析；
②系統級——電子設備機箱、機柜以及方艙等系統級的熱分析；
③板級--PCB板級的熱分析；
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