系统级的热设计主要是针对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。
主要提供三种热管理设计
自然冷却方案：一般情况下,电子设备都采用此种冷却方式。热辐射可以通过真空或者通过吸收作用相当小的气体进行传播。当电子设备内部具有较大的温差时,可利用辐射换热来进行热传导。
强制冷却方案：分为空气冷却和液体冷却两种方案；空气强迫对流冷却技术较自然冷却减小了电子设备冷却系统的体积,使其具有更高的元器件密度和更高的热点温度；液体冷却主要依靠的是相变原理，相变过程伴随有大量热量的释放和吸收,采用相变冷却的方法可以对电子设备进行有效的温度控制。

热管冷却方案：热管是一种密封结构的空心管,管内含有蒸发时传递大量热量的液体以及冷凝时将液体带回起点的吸液芯。整个过程是在没有外部动力,没有机械运动零件,没有噪声的情况下完成的,而且设计极为简单有效,传递的热量比固态金属大几百倍。

主要的方案设计：金属类的电子封装外壳，框体，底座的方案设计；金属陶瓷复合材料的电子封装外壳，框体，底座的方案设计；电池水冷板方案设计；航空航天特种VC结构散热方案设计。

封装级的热设计主要是针对电子模板和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。主要是针对电路板基材进行适当的选择。

金属基陶瓷基板

1、密度在2.95-3.05g/cm³之间。

2、热膨胀系(CTE)6-9ppm/℃，热导率在180-240(W/mK)。

3、具有可调的体积分数，提高碳化硅的体积分数可以使材料的热膨胀系数显著降低。

4、具有高的热导率和比刚度，表面能够镀镍、金、银、铜，具有良好的镀覆性能。

陶瓷基板

1、陶瓷基板的热膨胀系数接近硅芯片，可节省过渡层Mo片，省工、节材、降低成本。

2、减少焊层，降低热阻，减少空洞，提高成品率。

3、优良的导热性，使芯片的封装非常紧凑，从而使功率密度大大提高，改善系统和装置的可靠性；绝缘耐压高，保障人身安全和设备的防护能力。

4、超薄型(0.25mm)陶瓷基板可替代BeO，无环保毒性问题；可以实现新的封装和组装方法，使产品高度集成，体积缩小。

5、载流量大，100A电流连续通过1mm宽0.3mm厚铜体，温升约17℃；100A电流连续通过2mm宽0.3mm厚铜体，温升仅5℃左右。

6、热阻低，10×10mm陶瓷基板的热阻:0.63mm厚度陶瓷基片的热阻为0.31K/W ，0.38mm厚度陶瓷基片的热阻为0.19K/W，0.25mm厚度陶瓷基片的热阻为0.14K/W。

金属基板

以其优异的散热性能、机械加工性能、电磁屏蔽性能、尺寸稳定性能、磁力性能及多功能性能，在混合集成电路、汽车、大功率电器设备、电源设备等领域，得到了越来越多的应用，特别是在LED封装产品中作为底基板得到了广泛的应用。

1、金属基板可有效解决散热问题，从而使电路板上的元器件不同物质的热胀冷缩问题得到缓解，提高整机和电子设备的耐用性和可靠性。

2、很多双面板、多层板密度高、功率大，热量散发难。常规的电路板基材如FR4、CEM3都是热的不良导体，层间绝缘，热量散发不出去，导致电子 元器件高温失效，而金属基印制板可解决这一散热难题。

3、金属基板尺寸显然要比绝缘材料的板材稳定得多。

4、铁基板，具有屏蔽作用，能够替代脆性陶瓷基材，取代了散热器等元器件，改善产品耐热和物理性能，减少生产成本和劳力。

由于电子设备各个部件是由各种不同材料的元器件组成如: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。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。
目前针对元器件级的热设计，采用以铝碳化硅、铝硅、金刚石铜/铝为代表的第三代电子封装材料作为热设计的基材；
1、其CTE能够与介电衬底、陶瓷焊球阵列(BGA)、低温烧结陶瓷(LTCC)材料以及印刷电路板相匹配,同时还具有高热传导率数值，同时金属基复合材料的高强度和硬度在组装过程中还为集成电路器件提供了保护。此类材料的低密度还可改善器件受到冲击或振动时的可靠性。
2、在光电封装的几何外形比倒装焊盖板要复杂,因此对于光学对准的图形需要更为精确的尺寸控制。所有封装都是模铸的,关键的光学对准部分不需要额外的加工。因此与传统的封装件相比成本更低。光电器件中的热管理同样非常重要。器件通常工作在室温附近,这就需要具有良好散热性能的材料来保持温度均匀性并优化冷却器的性能。金属基复合材料可调匹配的CTE数值可在工作中保证敏感光学器件的对准,同时还可消除焊接或铜焊组装过程中可能引入的残余应力。