對(duì)于電子器件及電路工作中不可避免的“副產(chǎn)品”——熱量進(jìn)行治理，保證電路和產(chǎn)品正常工作，通常稱為“熱管理”，是電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中非常重要的一個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)。一般提到電子制造熱設(shè)計(jì)，指的就是熱控制在這一方面的應(yīng)用。
    1．熱管理與電子系統(tǒng)       H11AV1A
    由于電流的熱效應(yīng)，所有電子器件及電路工作中都會(huì)發(fā)熱，并且隨著電路工作頻率的提高、電子器件高集成度和產(chǎn)品高密度組裝的發(fā)展趨勢(shì)，這種熱量“副產(chǎn)品”有增無(wú)減，溫度的升高對(duì)電子產(chǎn)品工作的影響日益嚴(yán)重。
    統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明55%的電子產(chǎn)品失效與過(guò)高的熱環(huán)境應(yīng)力有關(guān)。較嚴(yán)酷的熱環(huán)境應(yīng)力對(duì)大多數(shù)電子產(chǎn)品的正常工作產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致電子元器件加速失效’從而引起整個(gè)產(chǎn)品的失效。近年來(lái)，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和表面貼裝技術(shù)的應(yīng)用'電子產(chǎn)品向小型化、高密度、高可靠性方向發(fā)展，尤其在航空航天領(lǐng)域，高度集成性、高度精確性、高度復(fù)雜性和極其狹小的空間等特點(diǎn)，使得對(duì)電子系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)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(duì)電路工作的影響
    有源器件的溫度升高通常會(huì)改變它的電參數(shù)，例如增益、漏電流、失調(diào)電流、失調(diào)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(huì)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(gè)有源器件的溫度升得太高，超過(guò)容許范圍，容易引起器件失效。
    無(wú)源元件工作溫度的變化通常會(huì)改變它們的數(shù)值。例如，薄膜電阻的溫度系數(shù)范圍從每攝氏度百萬(wàn)分之幾(10^-6/℃)到百萬(wàn)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(nèi)（-55～125℃）可達(dá)到60%。這些電參數(shù)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(wú)源元器件可能會(huì)永久退化甚至完全失效。這些失效包括熱擊穿、結(jié)失效、金屬化失效、腐蝕、電阻漂移和電遷移擴(kuò)散等'因此設(shè)計(jì)者需要盡量減小任何溫度的升高。
    2)溫度對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響
    一個(gè)電子產(chǎn)品，從元器件、印制電路板或其他零部件到整機(jī)，都是由多種材料以一定方式連接組成，這些材料溫度系數(shù)各不相同，當(dāng)它們受到溫度變化時(shí)，除了少數(shù)特例,都會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮，而材料在膨脹或收縮時(shí)受到約束就會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力作用。這種熱應(yīng)力反復(fù)作用的結(jié)果就會(huì)引起相應(yīng)物理結(jié)構(gòu)的損壞。圖7.4.4所示為一個(gè)銅散熱裝置和金屬化的陶瓷基板焊接在一起的結(jié)構(gòu)實(shí)例。陶瓷的TCE為6.4×10^-6/℃，而銅的TCE為16.8×10^-6/℃，在溫度循環(huán)過(guò)程中，熱脹冷縮反復(fù)進(jìn)行，銅將以比陶瓷更快的速率膨脹和收縮，但是受到約束。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間和重復(fù)的溫度循環(huán)后，這種約束將會(huì)導(dǎo)致銅散熱裝置彎曲、焊接點(diǎn)失效、陶瓷翹曲或者開(kāi)裂，從而使這個(gè)物理結(jié)構(gòu)完全失效。為了減小或消除熱應(yīng)力，需要選擇合適的材料并減少由自身發(fā)熱引起的溫度變化。

                   
    
    3)溫度對(duì)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^-E_A/KT
式中，A為常數(shù)；F為失效率；EA為激活能(eV)；K為玻耳茲曼常數(shù)(8.63×10^-5eV/K)；T為結(jié)溫(K)。
    激活能是一個(gè)與失效機(jī)理有關(guān)的參數(shù)，可以從有關(guān)手冊(cè)查得，作為最終產(chǎn)品可靠性評(píng)估的依據(jù)。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(gè)器件的激活能E=1OeV，當(dāng)它的工作溫度由50℃升高到60℃時(shí)，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(nèi)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(xiàn)一種特殊的失效機(jī)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(shí)間而生長(zhǎng)。圖7.4.5中所示是在180℃溫度下，經(jīng)過(guò)96h后金屬間化合物生長(zhǎng)的情況。為了減少這些金屬間化合物的生長(zhǎng)，必須降低半導(dǎo)體中的溫升。金屬間化合物生長(zhǎng)

                    
    
    2．電子產(chǎn)品的熱環(huán)境
    電子產(chǎn)品工作時(shí)熱環(huán)境的多樣性和可變性是熱設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素，例如裝在宇航飛行器上的電子設(shè)備，在整個(gè)飛行過(guò)程中將遇到地球大氣層的熱環(huán)境、大氣層外的宇宙空間的熱環(huán)境等。汽車(chē)上工作的電子元器件所經(jīng)受的環(huán)境條件比室內(nèi)環(huán)境下設(shè)備的條件要惡劣得多，它們必須滿足不同環(huán)境溫度和壓力變化，此外，還有機(jī)械振動(dòng)、沖擊和環(huán)境腐蝕多種不確定因素。
    通常電子產(chǎn)品工作的熱環(huán)境包括：
    ①環(huán)境溫度和氣壓（或高度）的極限值；
    ②環(huán)境溫度和氣壓（或高度）的變化率；
    ③太陽(yáng)或周?chē)矬w的輻射熱；
    ④可利用的熱沉（包括種類(lèi)、溫度、壓力和濕度）；
    ⑤冷卻劑的種類(lèi)、溫度、壓力和允許的壓降等。
    熱沉是一個(gè)傳熱學(xué)術(shù)語(yǔ)，是指一個(gè)無(wú)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(duì)空用和陸用設(shè)備而言，周?chē)拇蟮鼐褪菬岢痢?BR>    不同領(lǐng)域電子產(chǎn)品工作熱環(huán)境相差很大，例如航天器上的電子設(shè)備依靠向宇宙空間的熱輻射實(shí)現(xiàn)散熱，其空間環(huán)境溫度為-269℃，由于沒(méi)有空氣，因而不存在對(duì)流傳熱；航天器經(jīng)受太陽(yáng)的直接熱輻射、行星及其衛(wèi)星的反照以及行星與衛(wèi)星陰影區(qū)的深度冷卻，故在航天器表面應(yīng)有合適的涂層，以適應(yīng)太空環(huán)境的熱控制需要。
    由于電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品工作環(huán)境千差萬(wàn)別，很難對(duì)所有的電子元器件規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的熱環(huán)境，各國(guó)都有自己相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。