热设计是可靠性设计中的重要内容，良好的热设计能够避免板卡出现热故障，提高工作可靠性。长期来讲，也能够延长板卡的工作寿命。
大多数元器件的规格书，针对元器件的工作结温TJ都有明确的说明，如下图元器件的最高工作温度TJ-MAX=150℃。热设计的目标是保证元器件工作时的最高结点温度小于等于安全值。
元器件的工作温度TJ的范围
在实际工程设计中，很多因素都会影响 元器件的工作结温 T J，如下图为贴装好的板载开关电源的切片示意图，可以看到，元器件的封装，PCB外层和内层的铜厚，元器件下导热孔、散热铜的面积等因素最终都会影响到元器件工作时的最高结点温度。
板载开关电源切片示意图
元器件的工作结温TJ，通常可以通过计算得到。
环境温度（TA）:
通常来讲，环境温度（T A
）由应用场景决定，产品的最高工作环境温度通常来说是一个固定值。 当环境温度（TA）和最大结温（TJ-MAX）都是确定值后，根据结温TJ的计算公式，只能调整元器件的耗散功率和热阻。
耗散功率（PD）： 耗散功率是指电路在工作过程中产生的热量或能量损耗。较小的耗散功率意味着电路能够更高效地转换电能，能够提高能源利用率的同时还有助于降低电路工作温度。
热阻（θJA）：指的是元器件结点到周围空气的总热阻，单位是°C/W。功率损耗乘以θJA即可得出温度的变化值。热阻越低，在给定的功率损耗和环境温度下，结点的温度就会越低。
热设计的关键指标
通常来讲，只能通过降低耗散功率和降低热阻，来满足 结温 T J 的要求。在实际设计中，通常会使用高效率的开关电源芯片来降低耗散功率，选用热阻低的芯片封装和设计PCB板材，增大PCB散热面积来降低热阻。也可以使用散热鳍片和风冷/液冷来降低元器件的工作温度，但是这种散热方案价格更加昂贵而且会导致产品体积变大。
Die Attach Paddle (DAP)的封装热阻低
根据热量耗散饼图，热量是围绕着热源径向向外辐射，随着距离的增加，辐射的热量逐步衰减。饼图覆盖的区域内，元器件都会受到热源的影响，导致环境温度升高，不同温度环的环境温升不同。
热量耗散饼图
在切割散热平面的时候，应该尽可能的进行径向切割，尽量避免在散热路径上面出现热瓶颈，让热量能够径向有效扩散。同时要保证靠近热源的铜皮和热源良好连接，这样整个散热平面才能起到散热作用。
Layout 分割良好的散热平面
未径向分割的散热平面出现热瓶颈
对于开关电源来讲，DC/DC转换器和电感都是能量损耗的关键部分，通常的设计指南会让电感尽量靠近DC/DC转换器，减少EMI辐射。但是这会造成两个热源相互叠加，出现局部热区。
热源相互叠加之后出现热区
发热元器件的“热足迹”是PCB上参与元器件封装辐射和对流的区域，其面积大约是元件封装面积的18倍。如果热足迹重叠，元件的温度会急剧上升。当封装之间的距离小于封装尺寸的两倍时，影响最为明显。
不同热源间距产生的热足迹
在板载开关电源layout的工程实践中，热设计只是需要考虑的诸多因素之一。甚至很多设计指南会和热设计的原则相冲突，例如：为了最小化开关器件的布线区域，MOSFET和电感都需要尽可能的靠近开关电源芯片。开关路径上的径向散热平面，过宽的走线会加剧EMI辐射。因此，在工程实践中需要多方面综合考虑进行设计，可以参考以下设计实践：
尽量选择封装热阻低的元器件，优选使用DAP封装的器件，封装最靠近发热核心，封装热阻低能大幅降低整体的热阻（θJA）。
热源同侧的散热铜面尽可能做到面积最大，做为和热源连接最紧密的铜皮，散热效率是最高的。
使用厚铜工艺，根据设计需要可以选择3oz以上的厚铜工艺，铜厚越厚，热阻越低。
尽可能加宽热源元器件引脚扇出的走线宽度，走线宽度越宽，热阻越低。
尽可能避免破坏连续的散热平面，保证热源的径向散热方向有连续的散热平面。
使用足够多的过孔将散热平面连接在一起，从而降低整个散热平面的热阻，避免出现热瓶颈。
尽量避免将热源挤在一起，如果空间有限，多个热源布局在相近，需要评估使用散热片或者风冷散热。
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