随着半导体器件的体积越来越小、速度越来越快、工作功率越来越高，不可避免地会产生热量。当热量超过一定临界值时，集成电路设备的性能和效率就会显著下降。高效传热是热解决方案设计中必须考虑的一个重要方面。要了解设计中的最佳匹配和组合，需要考虑三个关键方面：

集成电路装置
● 设备的最大功率是多少？
● 集成电路设备的实际发热量。
让我举个简单的例子，即使设备的最大功率可能是 200W，但这并不是一个常数，它会根据实际使用水平而变化。使用高级游戏或人工智能模拟可能会占用更多的电力资源，从而导致温度升高，但使用标准 Excel、Words 等则会占用很低的电力资源。

冷却系统
● 冷却系统可以是传统的散热器、热管、水或制冷剂冷却器。
冷却系统的选择取决于需要达到的温度、冷却速度和安装空间。重要的是要有足够的冷却量来去除热量。

热界面材料（TIM）
● 热界面材料有多种类型，包括导热膏、导热垫、石墨片、相变材料或液态金属。
选择取决于成本、表面翘曲、应用压力、预期性能等因素。

半导体器件的热传递可分为三个不同的部分：

从集成电路封装到冷却介质的热传导
● 冷却介质有多种选择
○ 直接连接到产品外壳/机箱
○ 散热器/风扇
○ 热管/风扇
○ 液体冷却
○ 制冷剂冷却
TIM的选择取决于运行条件和安装的机械限制

冷却介质向环境的热传递
环境温度会影响传热效率的结果。

在半导体器件中，集成电路封装分为有盖和无盖两类。在最终的现场安装和生产测试中，这两种配置会有不同的TIM堆叠。

无盖封装

对于无盖封装，芯片将通过倒装芯片工艺直接安装到器件封装上。由于空间限制，封装通常会直接安装在 PCB 板上，因为它将用于笔记本电脑或移动设备。安装后，芯片将直接散热到冷却介质中。至于带盖封装，则会在封装上的裸片外加一个金属盖。在这种情况下，需要在芯片顶部和金属盖之间设置一个 散热片，以确保热量能够传出。

在无盖封装的热传递过程中，安装散热片时必须小心谨慎，因为模具很脆，在受到直接冲击力或高压压缩时可能会损坏。另一个可能的问题是散热片会造成无源元件短路。由于芯片较小，冷却器的冷却能力应适当提高，因为热量是通过较小的表面积散失的。可以考虑的方案之一是使用热解石墨，这种石墨是用高取向石墨聚合物薄膜合成的，具有很高的面内热导率（可超过 1900W/m-K）。

如果是笔记本电脑或移动设备，热量将从设备传递到外壳，以便均匀散热。

带盖封装

对于带盖封装，芯片将通过倒装芯片工艺直接安装到器件封装上，然后在印刷电路板基板上密封一个金属盖，以覆盖和保护芯片。封装通常安装在 PCB 板上的插座上。这种封装通常用于台式机和服务器产品。

在这种设置中，模具和金属盖之间需要有一个 散热片，以确保模具的热量能有效地传递出去。金属盖顶部与冷却介质之间也需要一个散热片。

冷却介质的形式可以是散热片/风扇、热管/风扇、液体冷却或冷冻冷却。游戏玩家通常使用液体冷却 CPU 来提高游戏速度和性能。

在工厂进行生产测试时，所有 CPU/GPU 都将进行 100% 的系统级测试，以模拟真实环境中软件在高温下的使用情况。冷却器/加热器的配置将具有额外的功能和能力，以精确控制温度，并对温度和功率变化具有高响应灵敏度。

散热解决方案的选择取决于集成电路设备的预期性能、可用空间和预算。