市場對更小、更密集的半導體芯片的需求迫使制造商生產的半導體設備能夠突破現有能力的極限，同時需要精密工程以獲得可靠的結果。“在電子領域，對于材料和熱管理而言，成本效益是一個關鍵因素，”3M 先進材料部高級專家史蒂夫阿莫斯在接受電力電子新聞采訪時說。“這不像僅僅考慮材料成本那么簡單。它正在考慮材料的利用率、使用量以及其性能與成本的關系。例如，雖然一些先進材料更昂貴，但它們的性能允許使用更少的體積或質量。我認為陶瓷纖維與玻璃纖維相比，氮化硼與石墨相比，或玻璃氣泡與固體二氧化硅相比。需要進行成本效益分析以做出最佳選擇，而不僅僅是比較價格標簽。”

高溫：負面影響

電氣和電子元件的可靠性和耐用性受溫度影響。溫度問題通常是小工具故障的原因。電路溫度升高會導致設備過早老化，而低溫會促進冷凝形成，從而損壞電子設備并導致腐蝕。功率和高溫密不可分。在每個系統中，一小部分功率會轉化為未使用的熱量。功率電路、逆變器、轉換器、斬波器和產生大量熱量的電源就是這種情況，特別是如果它們的設計不當。

如果功率器件按照優良的結構標準、符合法規、遵循操作限制、采用快速開關元件并具有最小的散熱，則系統將在更低的溫度下以更高的效率運行。效率損失是電路中高溫的最嚴重后果之一。集成電路和電子元件通常會受到高溫的損害。高溫不僅使系統不安全，而且還會縮短組件的平均壽命，導致它們劣化。

熱管理

電子元件和電路的適當熱管理是確保系統在所有操作條件下正確運行和可靠性的基本要求。當前電子設備逐漸小型化的趨勢，以及對功率密度的需求不斷增加，將熱管理問題置于前臺，特別是對于最新一代的功率設備。

“在系統層面，小型化和大幅降低設備質量已經在考慮之中，”Amos 說。“更少的熱質量應該使熱管理更容易。”

此外，據 Amos 稱，當今影響電子行業的一些最大挑戰是圍繞供應鏈和材料供應：“我們已經看到需求增加和供應鏈的供應中斷，供應鏈不那么靈活。我會鼓勵原始設備制造商考慮新的供應來源、更多區域性和合格的替代材料，他們可能已經在管道中但沒有理由進一步追求。”

5G和高功率市場確實推動了不同的基板和材料考慮，因為它們正在應對不同的挑戰。“5G 正在處理具有成本效益的低損耗材料，而高功率正在處理熱管理，”阿莫斯說。“3M 很高興幫助客戶滿足這些具有挑戰性的材料需求。”

電氣設備的熱分析是確保系統穩定性必不可少的步驟，對于小型化和高性能的設備來說更為重要。熱分析一般計算工作條件的范圍和零件之間的熱傳導。設計人員研究了熱空氣路徑，以避免在電路中形成氣泡。熱量可以通過風扇的強制對流和自然對流來消散。電子能量轉換電路的功能取決于設計者的計算。電子設計師面臨的最大挑戰之一是重現或模擬最嚴酷的工作條件，即電子設備承受高熱應力的條件。