iNEMiNEMI——不斷增加的熱管理挑戰(zhàn)
為了確保未來10 年供應(yīng)鏈的領(lǐng)先地位，國際電子制造協(xié)會(huì)（iNEMI）每隔兩年都會(huì)發(fā)布一次全球電子業(yè)界的未來制造需求的發(fā)展路線圖。路線圖共包括7 個(gè)產(chǎn)品類別的19 項(xiàng)技術(shù)和基礎(chǔ)課題，其中的一個(gè)就是熱管理。
本文將重點(diǎn)闡述目前iNEMI 路線圖中的熱管理部分，概述今天所用的各種熱控制技術(shù)和所面臨的挑戰(zhàn)，以及它們應(yīng)如何滿足未來的發(fā)展需要等。本文也討論了一些主要應(yīng)用領(lǐng)域的熱管理需求和未來10 年的技術(shù)需求的變化情況。
熱管理綜述
在電子產(chǎn)品中，熱問題之所以引起關(guān)注主要有三個(gè)原因：總體功耗增加、熱流量增加，和芯片上存在非均勻發(fā)熱情況（熱點(diǎn)）。
芯片或元器件的功耗增加需要大大加強(qiáng)冷卻，以保證芯片或元器件處于可接受的溫度水平，這一點(diǎn)適用于所有產(chǎn)品。散熱器的尺寸增加是有限的，因?yàn)楫a(chǎn)品總體尺寸的發(fā)展趨勢是越來越小；冷卻空氣的流量也不會(huì)很大，因?yàn)榱艚o風(fēng)扇的空間有限；另外，業(yè)界有關(guān)噪音和電磁兼容（ EMC）的標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)。這些因素的綜合作用推動(dòng)我們必須進(jìn)行重大技術(shù)突破，尋找到新興替代的冷卻解決方案。
還有，芯片熱流量的不斷增加也導(dǎo)致熱阻抗方面的挑戰(zhàn)，隨著熱流量的增加，從硅片到封裝表面的熱阻也會(huì)同步增加，就更寄希望于散熱器（或其它的二級解決方案，如液體系統(tǒng)的冷板或制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器）。非均勻功耗硅片的散熱需求將變得非常困難，除非采用更多的外部熱散布技術(shù)或新型的冷卻解決方案。
使用了幾十年的傳統(tǒng)散熱技術(shù)，已經(jīng)發(fā)展接近其性能極限。新的技術(shù)和材料，包括微/宏熱管、液體冷卻及熱電子冷卻器等。在實(shí)際應(yīng)用中，熱擴(kuò)散器和界面將不得不需要進(jìn)一步發(fā)展。熱管理技術(shù)將必須解決以下問題：
- 在較小的空氣壓差和不斷減少的空間條件下，將高熱流量
- 芯片/模塊所產(chǎn)生的熱帶走
- 將熱從相對較小的面積擴(kuò)散到大面積散熱器或傳導(dǎo)平板上
- 高速、低壓電路的EMI 要求條件下的散熱
- 增加空氣流速條件下的噪音管理
- 仿真和試驗(yàn)的復(fù)雜工具
- 開發(fā)新的界面材料，以改善尺寸日益變小條件下芯片的熱傳導(dǎo)效果
成本考慮
需要平衡考慮成本和性能。好的冷卻解決方案就是用最低的成本實(shí)現(xiàn)散熱目的。尤其是對于成本敏感的產(chǎn)品，如臺(tái)式PC，它通常要求進(jìn)行空氣冷卻，用強(qiáng)制空氣作用在散熱器上，以提高散熱性能。筆記本電腦通常采用熱管和風(fēng)扇組合的散熱片實(shí)現(xiàn)冷卻，由于其冷卻效果有限，只適合于低功耗CPU 應(yīng)用。計(jì)算機(jī)服務(wù)器使用高性能的散熱器和冗余風(fēng)扇來突破空氣冷卻的應(yīng)用限制。
液體冷卻的效率也較高，但由于其成本較高而未得到廣泛應(yīng)用。目前，有一些高端的醫(yī)療電子部件使用液體冷卻。
每瓦功耗冷卻所需的成本隨著功耗的增加而增加。通常，一些計(jì)算機(jī)的冷卻成本不到產(chǎn)品成本的1%。在一些大型服務(wù)器上，冷卻成本會(huì)占到成本的3～5%。但是今天，隨著整個(gè)封裝尺寸和系統(tǒng)單元功能成本的不斷降低，使熱管理技術(shù)的成本越來越高了。
熱控制技術(shù)
下面將簡要概述目前正在使用的熱控制技術(shù)，同時(shí)闡述它們遇到的挑戰(zhàn)，以及滿足未來需求的發(fā)展方向。
熱擴(kuò)散器熱擴(kuò)散器的作用是將熱從集中的芯片熱源擴(kuò)散到更大的表面積上，從而被外部冷卻媒介帶走，這通常是由模塊殼蓋或散熱器來實(shí)現(xiàn)。為了適應(yīng)更高的熱流量，可以使用更高熱導(dǎo)率的材料（如金剛石或石墨合成物）以改善熱擴(kuò)散器。蒸發(fā)室已經(jīng)作為熱擴(kuò)散器使用，未來會(huì)有廣闊的前景。同樣地，兩相熱虹吸器、微熱管和MEMS 液體循環(huán)泵的應(yīng)用也會(huì)在將來逐漸增加。
熱界面材料熱界面材料的作用是為相鄰表面（如芯片和殼蓋、芯片和熱擴(kuò)散器）提供熱傳導(dǎo)路徑。目前使用的材料有：
- 含高熱導(dǎo)率粉末的環(huán)氧型材料
- 含高熱導(dǎo)率填充材料的彈性墊
- 含高熱導(dǎo)率填充材料的導(dǎo)熱油脂
- 焊料和低熔點(diǎn)合金
- 含高熱導(dǎo)率填充材料的蠟基相變化合物
業(yè)界需要建立可靠和標(biāo)準(zhǔn)化的方法以評估熱界面材料性能，并區(qū)分材料的體積熱導(dǎo)率和界面熱阻（可能由于材料沿著表面的情況不同而存在）。然而，即使有標(biāo)準(zhǔn)化的方法，也很難將材料的體積熱導(dǎo)率（在受控表面用某種儀器測得）轉(zhuǎn)換成材料的有效熱特性，因?yàn)椴牧系膶?shí)際特性取決于所對應(yīng)表面的特性，而通常所對應(yīng)表面各異。在使用條件下，應(yīng)該參數(shù)化表述正常的工藝變異，以了解認(rèn)識影響界面材料熱性能的相關(guān)參數(shù)。熱設(shè)計(jì) http://www.93ssc.com
熱管
熱管（如圖1 所示）為高功能芯片的散熱提供了一個(gè)較低的熱阻通道。在大多數(shù)情況下，熱管可以將熱從元器件傳導(dǎo)到一個(gè)可以安置所需尺寸散熱器或系統(tǒng)內(nèi)，空氣沒有被其它部件預(yù)熱。隨著功率耗散增加，熱管應(yīng)用的優(yōu)勢就越明顯。
蒸發(fā)室是熱管的另一種形式，它已經(jīng)逐漸應(yīng)用在產(chǎn)品中，從而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散熱或降低從CPU 到遠(yuǎn)端熱交換部件之間的熱流量的目的。
空氣冷卻
對流空氣冷卻基本上成為了幾乎整個(gè)電子業(yè)界散熱的標(biāo)準(zhǔn)做法。由于它成本低廉，未來也會(huì)是散熱解決方案的首選。為了適應(yīng)未來功率劇增的趨勢，必須有重大技術(shù)發(fā)展以突破目前空氣冷卻存在的限制。當(dāng)芯片熱流量在50W/cm2 的情況下，傳統(tǒng)的散熱器設(shè)計(jì)將變得非常大，就需要有其
它的解決方案。高性能的散熱器設(shè)計(jì)、高鰭片密度和高比例鰭片不斷發(fā)展（如圖2 所示），對該問題有所緩解。為了實(shí)現(xiàn)高性能散熱器設(shè)計(jì)，需要綜合使用系統(tǒng)風(fēng)扇和主動(dòng)散熱器風(fēng)扇，以增強(qiáng)氣流速度和壓差等。然而，高速風(fēng)扇的噪音問題必須得到解決。
水冷
對芯片進(jìn)行直接水冷是效率最高的冷卻方式。隨著辦公系統(tǒng)產(chǎn)品的功率劇增，有必要再次使用水冷，就像2004 年一款臺(tái)式PC 采用兩個(gè)單相的水冷系統(tǒng)。對于臺(tái)式PC，采用創(chuàng)新的水冷技術(shù)的主要需求是由于價(jià)格便宜、可靠和占用系統(tǒng)的空間小。這種閉環(huán)式系統(tǒng)可以將所有的熱量經(jīng)由空氣導(dǎo)入到一個(gè)空氣—水的熱交換器當(dāng)中（如圖3 所示）。過去，水冷應(yīng)用于冷卻高性能電子模塊，現(xiàn)在服務(wù)器和電信設(shè)備已經(jīng)開始采用柜式水冷，將來可用液體冷板（2004 年就已經(jīng)面世）直接水冷CPU。在該系統(tǒng)中并不需要冷凍水，但其它的發(fā)熱元器件不能連接到冷板，所以仍要以傳統(tǒng)的方式散熱——設(shè)備室用空調(diào)來處理大約50%的冷卻載荷。
直接浸入式冷卻
有些情況下，由于功耗劇增，無論如何改善界面材料，芯片到散熱器之間的內(nèi)部溫升還是太大。
在這種情況下，用絕緣液體直接浸入式冷卻芯片也許能解決。這種冷卻系統(tǒng)可以采取單相液體沖擊注入（如圖4 左圖）、噴泉（增強(qiáng)型或不增強(qiáng)）或兩相液體噴淋（如圖4 右圖）等冷卻方式。
在一個(gè)封閉腔體對電子產(chǎn)品進(jìn)行噴淋冷卻已經(jīng)在軍工系統(tǒng)和超級計(jì)算機(jī)模塊中應(yīng)用。
亞環(huán)境和冷凝冷卻
為了提高大型服務(wù)器和工作站的系統(tǒng)性能，需要使CMOS 處理器的工作溫度降低，為此可應(yīng)用蒸發(fā)壓縮循環(huán)冷凝系統(tǒng)。目前技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)芯片溫度每降低10℃，系統(tǒng)性能可提高2%。使用該技術(shù)，蒸發(fā)器可直接貼裝在處理器模塊上，其它硬件（如壓縮機(jī)、冷凝器和閥門等）通常會(huì)安裝在一個(gè)獨(dú)立的密閉空間中，并將其放在系統(tǒng)（工作站）底部或安裝在支架內(nèi)（服務(wù)器）。使用這種技術(shù)，芯片溫度可以達(dá)到-20～40 ℃。
熱電子冷卻
熱電子冷卻器（TEC）可以提高電子模塊封裝的冷卻效果，從而減少芯片結(jié)溫或適應(yīng)更高的功耗。
它們還具有小巧、無噪音、沒有活動(dòng)部件等優(yōu)勢，另外也可以進(jìn)行主動(dòng)溫度控制。與蒸發(fā)—壓縮冷凝器相比，TEC 可調(diào)節(jié)的熱流量大小有限，另外它的能效比（COP）要比傳統(tǒng)的冷凝系統(tǒng)低。
TEC 的COP 取決于應(yīng)用環(huán)境，但通常小于1，這意味著TEC 所消耗的電能相當(dāng)和/或大于元器件被冷卻的功率耗散。這些缺點(diǎn)主要是由于目前的制造材料和方法的局限所導(dǎo)致。所以，熱電子冷卻器目前僅應(yīng)用在相對較低的熱流量的場合。為了改善熱電子冷卻器的性能，目前業(yè)界正在做大量的研究工作，如開發(fā)新的熱電子材料和薄膜冷卻器等，這將使電子冷卻器的應(yīng)用更為廣泛。
特定產(chǎn)業(yè)的挑戰(zhàn)
每個(gè)產(chǎn)業(yè)的熱管理都面臨著特有的挑戰(zhàn)，以下是熱管理在主要領(lǐng)域中遇到的情況。
辦公室系統(tǒng)辦公室系統(tǒng)設(shè)備大多采用空氣冷卻，然而日益增長的熱管理需求也暴露出空氣冷卻的弊端。不論是服務(wù)器、臺(tái)式機(jī)還是筆記本，功率更高、熱流量更高是總體趨勢，熱流量更高，
包括非均勻發(fā)熱（熱點(diǎn)）使散熱的解決方案更為復(fù)雜。雖然從成本角度空氣冷卻是首選，但熱流量增加，使我們不得不要考慮其它冷卻方案。近年來出現(xiàn)幾種“新”的解決方案可以擴(kuò)展補(bǔ)充空氣冷卻的能力。2005 年，雙核處理器的出現(xiàn)可以減少最大熱點(diǎn)的熱流量，其它的創(chuàng)新解決方案包括：
- 在臺(tái)式計(jì)算機(jī)上，實(shí)現(xiàn)熱管/散熱器的結(jié)合
- 蒸發(fā)室散熱器
- 金屬PCM 熱界面材料
對于筆記本電腦，在不同固態(tài)電路之間，尤其是CPU 封裝和散熱部件之間的熱擴(kuò)散和熱傳遞，所用的傳熱材料和技術(shù)需要應(yīng)對CPU 的高功耗，為此，筆記本電腦通常使用熱管技術(shù)。最常用熱管是直徑大于3mm 的圓形管，其材料是銅，用水做工作介質(zhì)。然而，CPU 功率的不斷增加將要求熱管的直徑越來越大，除非應(yīng)用更好的熱管技術(shù)。便攜式計(jì)算機(jī)強(qiáng)制風(fēng)冷技術(shù)的另一個(gè)主要挑戰(zhàn)就是開發(fā)能產(chǎn)生足夠靜壓（以保證有足夠的空氣流穿過遠(yuǎn)端熱交換器和平臺(tái)），同時(shí)噪音最小的風(fēng)扇。另外也要解決風(fēng)扇和遠(yuǎn)端熱交換器的功耗、成本、尺寸和重量等問題。
無論采用何種辦公室系統(tǒng)的散熱技術(shù)，平衡熱控制需求、實(shí)現(xiàn)低成本和低噪音之間的矛盾會(huì)日益突出。
通信產(chǎn)品
根據(jù)iNEMI 路線圖的定義，通信產(chǎn)品包括網(wǎng)絡(luò)、電信和數(shù)通設(shè)備，這些設(shè)備共同組成通信網(wǎng)絡(luò)。
未來通信設(shè)備將發(fā)生巨大變化，將面臨尺寸進(jìn)一步變小、熱管理解決方案可靠性更高等需求。通信設(shè)備制造商必須關(guān)注從最基礎(chǔ)硅片到整個(gè)設(shè)備的冷卻問題，包括戶外安裝等整套解決方案。未來的設(shè)備將會(huì)遇到每個(gè)節(jié)點(diǎn)幾百千瓦功率消耗和散熱的問題，由于設(shè)備占地面積有限，這一趨勢將體現(xiàn)在熱流量的劇增上。
通信產(chǎn)品正越來越依賴光電技術(shù)，無論是主動(dòng)式還是被動(dòng)式光電部件都需要更為嚴(yán)格的溫度控制，溫度變化是波長漂移和影響激光源輸出功率的主要原因。無論是在組裝或運(yùn)行使用環(huán)節(jié)，都需要充分重視管理光電部件的熱行為。在封裝和組裝過程中，必須控制作用在部件上的溫度，以確保封裝偏位和光性能退化的最小化，在該階段主要的問題是材料之間的熱膨脹系數(shù)（CTE）不匹配。將光電部件組裝到PCB 上時(shí)，使用其它焊接方法，如選擇性激光焊接，將有助于解決封裝偏位問題。
在使用階段，可以在光電模塊上安裝合適大小的散熱器，然后在散熱器上安裝熱電子冷卻器（TEC），從而實(shí)現(xiàn)光電模塊的溫度控制。由于封裝成本高和散熱部件的效率較低，所以整個(gè)熱管理策略的成本較高，另外光電部件的可靠性也通常受限于TEC 的可靠性。綜上所述，傳統(tǒng)的TEC 在成本效率上不適于新的應(yīng)用。
在設(shè)備級散熱方面，影響熱管理效率的主要障礙是設(shè)備的冷卻風(fēng)道規(guī)劃（設(shè)備進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口的位置）與安裝機(jī)房的最佳熱—冷風(fēng)道設(shè)計(jì)走向不一致。正確地配置將有助于避免設(shè)備內(nèi)的冷熱空氣混合，會(huì)提高整個(gè)散熱效率，實(shí)現(xiàn)可接受的熱密度。
在電信機(jī)房、數(shù)據(jù)中心和室外，風(fēng)扇噪音也是電信服務(wù)商關(guān)心的主要問題。在許多場合，人一天8 小時(shí)處于一定級別的噪音環(huán)境下將會(huì)導(dǎo)致聽力喪失。
2004 年，電信機(jī)房中的電子設(shè)備主要采用風(fēng)冷散熱，但已經(jīng)有設(shè)備開始采用柜式水冷散熱了。
在這些機(jī)柜中要有帶冷卻器的水冷系統(tǒng)，可大大減少房間空調(diào)，而且它與服務(wù)器冷卻系統(tǒng)是隔離的。也許今后將用液體冷板對CPU 進(jìn)行直接水冷。
在室外條件下，決定機(jī)柜溫度的主要因素包括設(shè)備散熱（內(nèi)部載荷）、設(shè)備設(shè)計(jì)（風(fēng)道設(shè)計(jì)）、室外條件（外部設(shè)計(jì)）和機(jī)柜設(shè)計(jì)（機(jī)殼、熱交換器）等。也許可以采用一種“內(nèi)部熱載荷”的參數(shù)，室外機(jī)柜制造商會(huì)聲明機(jī)柜能支持的最大設(shè)備熱耗，這樣內(nèi)部機(jī)柜溫度就必須控制在最大設(shè)備運(yùn)行溫度范圍內(nèi)。這種方法可以讓設(shè)備測試和實(shí)際安裝測試分開。
便攜式系統(tǒng)
這部分包括成本低廉、產(chǎn)量大、壽命要求相對較短的產(chǎn)品，它們不大可能用先進(jìn)的冷卻方法。由于電池限制，其功率耗散很小，手持式電子產(chǎn)品目前還沒有遇到較大的散熱問題，因?yàn)槭殖质疆a(chǎn)品的大多數(shù)散熱問題是與一些部件的熱擴(kuò)散有關(guān)（如手機(jī)所用的功率放大芯片高達(dá)2W 的功耗）。
大多數(shù)功耗是在功率放大器上，有的器件尺寸只有1mm2 但功耗約0.6W。所以，便攜式產(chǎn)品的熱管理問題主要與將熱從這些元器件處擴(kuò)散出去相關(guān)。解決方案一般是將熱擴(kuò)散（使用熱過孔）
到系統(tǒng)中的散熱金屬塊或熱擴(kuò)散板上。有些情況下，是擴(kuò)散到微熱管上。未來，塑封電池可能出現(xiàn)功率是目前的兩倍或三倍的技術(shù)突破，同樣，如果“無線瀏覽”成為主流，可能需要更高的功率，那時(shí)將需要更多的熱管理技術(shù)。
汽車電子汽車電子產(chǎn)品熱管理面臨的需求比大多數(shù)其它電子部件更多。它們必須在惡劣環(huán)境下運(yùn)行，因此提出了特別封裝和冷卻上的挑戰(zhàn)。環(huán)境溫度可達(dá)90～125℃，在引擎罩下應(yīng)用的溫度更高。另外它也可能暴露在腐蝕性流體中。未來，熱管、相變材料（PCM）、液體冷卻技術(shù)的使用和更為高效冷凝器的應(yīng)用，都將很大程度上取決于那些已證明是可靠的、低成本的技術(shù)的發(fā)展。
在汽車啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)及隨后的高溫沖擊（高溫沖擊是由于長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，然后在一個(gè)限制空氣流動(dòng)的環(huán)境下停車的環(huán)境所造成的）環(huán)境過程中，引擎罩下應(yīng)用的最大周圍溫度可高達(dá)165℃。數(shù)字和模擬IC，目前在某些應(yīng)用場合下允許的最大運(yùn)行結(jié)溫可達(dá)150℃，功率器件的運(yùn)行結(jié)溫可高達(dá)175℃，可允許瞬間200℃。引擎罩下和車身內(nèi)部的汽車環(huán)境，要求電子模塊必須在傳動(dòng)液、制動(dòng)液、動(dòng)力操舵液、氮氧化物、鹽霧、引擎冷卻液、油脂、高達(dá)100%濕度等級，以及有時(shí)短暫浸在水中等環(huán)境條件下可靠運(yùn)行。
Hybrid/EV 和啟動(dòng)裝置/發(fā)電機(jī)控制裝置需要耗散的熱能是其它常見汽車電子系統(tǒng)的10～100 倍。
這些將需要比今天大多汽車電子應(yīng)用更為有效和復(fù)雜的冷卻技術(shù)。
低成本的半導(dǎo)體器件和器件封裝的技術(shù)發(fā)展，使數(shù)字/模擬器件在結(jié)溫175℃、功率驅(qū)動(dòng)器在200℃條件下可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，大大地降低了許多汽車應(yīng)用的熱設(shè)計(jì)成本。封裝解決方案必須保證結(jié)到殼、結(jié)到單板之間的熱阻最小化。對于高性能熱堆棧（1℃/W），目前每個(gè)芯片允許的成本范圍是0.5～1 美元（包括互連的總制造成本）。新的熱管理觀念將必須在實(shí)現(xiàn)同等或更高性能條件下，成本不變或下降。
可靠性需求
在電子工程師設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品的同時(shí)，機(jī)械工程師將面臨設(shè)計(jì)熱解決方案的挑戰(zhàn)。在一個(gè)封裝內(nèi)，熱傳導(dǎo)節(jié)點(diǎn)用來仿真熱流和溫度。計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)（CFD）節(jié)點(diǎn)可以用來對封裝組件周圍和穿過內(nèi)部的流體流動(dòng)，以及從外露封裝表面到流體的主要通道的關(guān)聯(lián)壓降和熱傳遞情況進(jìn)行仿真。
另外有些CFD 節(jié)點(diǎn)具有變化能力，這樣就可以在對封裝內(nèi)部的熱傳導(dǎo)進(jìn)行仿真的同時(shí)，對流體流動(dòng)和冷卻流體中的熱傳遞進(jìn)行仿真。
在過去的10 多年間，為了改善問題定義和數(shù)據(jù)輸入的圖形化用戶界面，特別是使用定制CFD 節(jié)點(diǎn)仿真電子設(shè)備散熱方面，業(yè)界有許多研究。然而，需要在減少定義封裝外形和結(jié)構(gòu)所耗費(fèi)的時(shí)間，輸入運(yùn)行模型所需的相關(guān)預(yù)備數(shù)據(jù)方面做更多改善。需要實(shí)現(xiàn)CAD 立體建模工具、EDA 工具和CFD 工具之間的無縫集成，這樣就使熱設(shè)計(jì)工程師可以用CAD 立體建模生成數(shù)據(jù)和EDA生成數(shù)據(jù)，并將它們毫不費(fèi)勁地導(dǎo)入有限元熱傳導(dǎo)仿真工具或CFD 仿真工具。
結(jié)論和建議
所有產(chǎn)品類別都會(huì)遇到共同的熱管理挑戰(zhàn)，將熱從集成電路耗散，同時(shí)保證可接受的結(jié)溫的任務(wù)，對所有半導(dǎo)體和電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者和制造業(yè)者都是一個(gè)重大挑戰(zhàn)，系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)考慮的關(guān)鍵因素有芯片大小、功耗、節(jié)點(diǎn)溫度和冷卻空氣溫度。
隨著硅片功率變大，為保持硅片溫度在100℃以下，如果仍然使用空冷，則必須考慮低噪音和/或高運(yùn)轉(zhuǎn)所需的先進(jìn)風(fēng)扇技術(shù)工程，同時(shí)需要進(jìn)一步發(fā)展優(yōu)化散熱器的設(shè)計(jì)和制造。即使有了這些技術(shù)的發(fā)展，為了滿足日益增長的功耗需求，最終也必須考慮更為高效的冷卻技術(shù)，如水冷（和直接浸入）。
為了改善性能和保持高可靠性（盡管各種新技術(shù)的產(chǎn)生都會(huì)增加復(fù)雜度），需要熱設(shè)計(jì)適應(yīng)更高熱流量，實(shí)現(xiàn)更低的結(jié)溫。組裝和封裝技術(shù)的發(fā)展要同時(shí)滿足性能、功率、結(jié)溫、封裝外形和成本等領(lǐng)域的苛刻需求。業(yè)界必須開發(fā)將熱從封裝內(nèi)部到封裝表面/從印制電路板表面到冷卻媒介的擴(kuò)散和傳遞的方法。在模塊/系統(tǒng)級，必須從設(shè)計(jì)上改善空氣流動(dòng)性能，并確保冷卻流體要流過需要冷卻的電子元器件。
新型和改良的熱管理技術(shù)的不斷發(fā)展，要求結(jié)合產(chǎn)業(yè)開發(fā)和聚集實(shí)際應(yīng)用的高校研究兩者的共同成果。需要進(jìn)行熱傳遞、熱流體和熱機(jī)械的研究，以發(fā)展新的技術(shù)，改善散熱的可預(yù)見性和可靠性。在從高性能計(jì)算機(jī)到汽車電子等的應(yīng)用領(lǐng)域，低成本、高熱導(dǎo)率封裝材料，如膠、導(dǎo)熱膏和熱擴(kuò)散器等，需要得到進(jìn)一步的應(yīng)用開發(fā)。新型冷卻技術(shù)，如高性能熱管/蒸發(fā)室、熱電子冷卻、直接液體冷卻和高性能空冷和空氣動(dòng)力學(xué)技術(shù)，和閉環(huán)空—液冷解決方案的發(fā)展一樣，都需要進(jìn)一步研究。
集成封裝/產(chǎn)品的電、熱和機(jī)械特征的先進(jìn)模擬工具，在提供更為強(qiáng)大使用功能和減少界面不兼容的同時(shí)，要成為流體、溫度和熱機(jī)械測量的經(jīng)驗(yàn)化工具，可以得到微冷卻系統(tǒng)中局部和定點(diǎn)測量結(jié)果。為了達(dá)到這些目標(biāo)，必須投入資源資助冷卻技術(shù)的發(fā)展，提高大學(xué)/研究試驗(yàn)室的參與度，并與供應(yīng)商建立更為緊密的工作關(guān)系。
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熱設(shè)計(jì)資料下載： iNEMI不斷增加的熱管理挑戰(zhàn).pdf
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