不言可喻，此趨勢浮現許多必須克服的技術障礙，尤其是如何應對不斷攀升的熱密度。散熱管理從前被認為只是設計過程中最後一個考量的因素，但現正成為需要搏得更多關注的基本要素。在本文中將先研究散熱管理相關問題，進而重點介紹有助於設計師採最小空間實現最大限度散熱的具體創新技術。
通常情況下，散熱管理實施不會在設計早期就得到解決，而是保留到最後一分鐘，主要是透過簡單添加散熱片或風扇處理，以達到可接受結果。由於系統功率需求通常在設計完成之前才會最終確定，上述做法在某種程度上可以理解，但現代產品開發流程則要求對散熱特性給予高優先順序考量。
幾乎所有現代電子設計皆被寄望增加更多功能，並減少設備尺寸及重量；無論是行動裝置、伺服器或無人駕駛飛行器/無人機等皆是。這些產品的核心半導體晶片仰賴新的製程，具更高能效，進而產生更少熱量。此外，採用智慧電源管理系統還可充分利用電源電能，例如在平常多數時間關閉周邊設備僅在實際需要時才開啟電源。然而在許多設計中，還是需要強制性的某種形式散熱管理，這將涉及使用散熱器或類似散熱機構。
使用散熱器時，有兩個關鍵考量因素：
1.將散熱器與生熱裝置進行散熱連接，確保高水準傳熱。
2.最大化散熱器單位體積的表面積，使其更高效散熱，不會增加PCB占位面積或厚度。
填充間隙以改進散熱性能
為了能高效散熱，在發熱點(通常是半導體接面)和周圍環境間必須有良好散熱通道，以消耗多餘熱量。在半導體元件中，從接面到外殼的散熱路徑由製造商最佳化。潛在的薄弱環節是散熱器實際連接到設備主體之處。雖然這兩個接合面肉眼看來可能是平的，但通常會有一些翹曲，尤其是在較大的散熱片中，且每個表面都有微孔(包含小的氣穴)。由於空氣是絕緣體，因此這些微孔應填充更好的導熱材質，進而改進傳熱並消除可能熱點。有許多材質可實現，包括液體、油脂及襯墊。
然而，最方便的高性能解決方案之一是Bergquist的Gap Pad技術，有許多類型襯墊用於不同應用，Gap Pad 5000S35為增強型玻璃纖維填料和聚合物襯墊，具有特別高的熱傳導係數(Thermal Conductivity)。兩側固有的自然黏性有助於將材質應用於表面，允許產品有效填充氣隙以增強整體散熱(圖1)。
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這種軟性材質具5W/m-k的高熱傳導係數，可在保持架構完整性時，將襯墊應用於複雜和苛刻輪廓，而不會對易碎的元件引線施加任何應力。增強型玻璃纖維材質便於處置，同時提高抗撕裂性，並將電氣絕緣提高到5000VAC以上。Gap Pad以板材形式提供，也可以提供模切以適合標準設備輪廓。
其他材質也可提供，如Gap Pad EMI 1.0，同樣出自Bergquist，不僅提高熱傳導係數，還可吸收電磁能量，有助於降低電磁干擾(EMI)影響。
微孔架構改進散熱功能
散熱器有多種尺寸和形狀可供選擇，通常設計為適合標準半導體封裝，尤其適合功率元件外形。許多公司委託客制散熱器設計，如果在初始設計流程中沒有解決熱管理問題，不是適合特定應用，就是允許將散熱器安裝到剩餘可用空間。
雖然許多散熱器可與強制空氣冷卻組合使用，以最大限度提高性能，但此方法可能存在缺陷。近年來由於設計及材質改進，以及新驅動技術出現，風扇壽命有所延長；然而與固態電子元件相比，工作壽命仍然相對較短。如果沒有足夠過濾，風扇會將灰塵吸入設備，而導致過早故障。因此，工程師通常傾向被動冷卻，但前提是可達足夠高散熱性能。
總體而言，用於被動冷卻的散熱器體積大且笨重，以便毋須使用強制空氣時也能提供足夠冷卻來散熱。然而，來自Versarien公司的創新材質使被動式散熱器外形尺寸較傳統材質小。由利物浦大學開發的VersarienCu能夠模擬自然界中常見架構，構建具有精細、開放、相互連接微孔的金屬材質，適用於熱傳導應用，可提供達6℃/W的散熱器性能，超越同樣尺寸的傳統散熱器。此外，其固體銅泡沫塗覆有薄硬的高溫氧化銅層，提升熱輻射率、改進熱輻射，於小空間實現更多冷卻。
散熱管理為當代設計流程核心，因尺寸更小、功能更強的設備會產生更多熱量，但卻沒有足夠空間散發熱量。新材質技術將與半導體製程同步運作，滿足尺寸更緊湊、功能更集中的電子設備硬體不斷提高的需求。
