微小尺度物体的传热研究和通常的大尺度物体相比有自身的特点，通常需要考查对流换热和导热的二维和三维效应、界面效应等。本论文以微电子器件热分析、热测试和热波成像技术为背景，针对小尺度传热问题进行理论分析、数值模拟和实验研究。采用红外热成像和数值模拟相结合的方法，对固体继电器和陶瓷PGA封装的热性能和PGA封装表面对流换热进行了研究，推算了芯片和衬底间焊层的当量导热系数，并对热阻概念进行了探讨，提出应以封装主要散热表面平均温度作为参考温度。研究表明芯片和衬底间焊层是器件热可靠性的薄弱环节。由于安装台阶引起气流在PGA封装上表面的分离和再附着，导致对流换热的强化。对热波成像进行了数值模拟和实验测试研究。充分利用了周期热源热波成像温度幅值和相位分布恒定的特点，提出了对温度波动进行幅值和相位分离定常数值模拟的方法。通过二维数值模拟研究了缺陷深度和横向尺度相当时的幅值、相位分布，由于横向导热，一维模型和二维模型相比误差很大。应用红外热波成像法测量了薄层材料热扩散率，导出了相位一幅值结合法，由于该方法采用非接触多点动态测试技术，获得特定频率的相位和相对幅值信息，由此达到很高的测量精度。文中还对微尺度条件下的非傅立叶导热模型，主要是快速瞬态导热的热波模型和两步模型的研究状况和发展进行了分析和综述。通过薄板阶跃温度响应和热共振现象的分析以及热波和机械波的类比，指出了热波模型的缺陷。通过砂堆积床和粉笔试样瞬态导热实验研究，指出多孔介质中不存在有关文献报道的较大时间量级的松驰时间。