现代生活中电子设备已经渗透到了民用、厂矿、军事等各个方面。电子设备的可靠性对于人们的生活起着越来越重要的地位。随着电子行业的不断发展，对电子设备体积提出了小型化的要求，而电子设备的功能和复杂性日益增长，这样在有限的体积范围内，电子设备的功耗不断增长，热流密度急剧上升，导致电子设备的温度迅速提高，从而引起了电子设备的故障越来越多，表1是电子元器件失效率随温度变化。例如：pш500芯片，其集成的元器件数目达到了百万之多，温度显著提高，虽然采用了散热片、风扇等措施来进行冷却降温，但仍得不到所要求的效果，厂商不得不将其工作电压从5 v降低到3 v，甚至更低，以减小其功耗，控制内部温度，保证其正常工作。

在电子设备中，热功率损失通常以热能耗散的形式表现，而任何具有电阻的元件都是一个内部热源。当电子设备进行工作时，由于功率损失，器件本身温度会有所上升，同时电子设备周围的环境温度亦会影响设备内部温度，从而影响到电子器件工作的可靠性。在电子行业，器件的环境温度升高10 ℃时，往往失效率会增加一个数量级，这就是所谓的“10 ℃法则”。

随着微电子技术的发展，电子设备热设计越来越受到重视。正确的热设计是电子设备可靠性保证的主要方法之一。

1 电子设备热设计的一般流程 ?所谓热设计就是把设备输入的热量降至最低，并提高散热效果，把设备内部有害的热量排出到电子设备的外部环境当中，获得合适的工作温度使其不超过可靠性规定的限值，确保设备可靠、安全的工作。电子设备的热设计可分为3个层次 ，如图1所示。

对电子设备机箱、机框及方腔等系统级别的热设计，即系统级（systems）的热设计；对于电子模块、散热器、pcb板级别的热设计，即封装级（packages）的热设计；对于元器件级别的热设计，即组件级（components）的热设计］。

系统级的热设计主要研究电子设备所处环境的温度对其影响，环境温度是电路板级热分析的重要边界条件，其热设计是采取措施控制环境温度，使电子设备在适宜的温度环境下进行工作，如图2所示。

电子设备进行封装级的热设计在国外发展较为成熟，出现了电子器件封装（electronic packaging）专业。电子设备封装级的电子模板和pcb电路板热设计是与设备的电路设计、结构设计密切相关同步进行的。对于pcb电路板基材进行适当的选择是电子设备封装级热设计的重要内容［4］，覆铜箔层压板的种类、特性是印制电路板设计和制造工艺人员所关心的项目，除了一般要求的强度、绝缘、介质系数等外，对覆铜板的热性能有特殊要求。覆铜板的热性能有2个方面的内容：

①覆铜板的耐温特性环氧玻璃布覆铜箔层压板具有优良的电性能和化学稳定性，工作温度在-230　℃~260 ℃。聚酰亚胺覆铜箔层压板，除上述优良性能外，还具有介电系数小，信号传输延迟小的特点。

②覆铜板的导热性能选用耐高温、导热系数高的材料来作为印制电路板的材料。金属芯印制电路板具有相对优良的热性能。在相同的条件下，环氧玻璃布层压板图形导线温度升高40 ℃，而金属芯印制电路板图形导线温度升高不到20℃，因而金属芯印制电路板在电子设备中得到了广泛地应用。

由于电子设备各个部件是由各种不同材料的元器件组成［3］，如：硅芯片、氧化硅绝缘膜、铝互连线、金属引线框架和塑料封装外壳等。这些材料的热膨胀系数各不相同，一旦遇到温度变化，就会在不同材料的交界面上产生压缩或拉伸应力，因此产生了热不匹配应力，简称热应力。材料热性质不匹配是产生热应力的内因，而温度变化是产生热应力的外因。电子设备元器件级的热设计是为了防止器件出现过热或温度交变而失效。电子设备的热设计步骤可概括为图3所示的工作流程图。

2 电子设备冷却方式及其选择

电子设备的冷却方式可分为2类形式：自然冷却散热和强制冷却散热。根据具体情况，选择适当的冷却方式是热设计的重要方面。冷却方式的选择取决于很多因素，如：电子设备的总发热量、电子设备的允许热量、工作环境以及电子设备元器件的组装方式及布局等。

2.1 自然冷却

自然冷却是利用设备中各个元器件的空隙以及机壳的热传导、对流和辐射来达到冷却目的，冷却方法广泛的应用在中小功率设备上。自然对流依赖于流体的密度变化，所要求的驱动力不很大，因此在