随着电子器件功率密度的指数级增长，散热技术已成为制约设备可靠性与性能的核心瓶颈。陶瓷基板凭借其高导热性、耐高温性和优异的绝缘性能，成为高功率电子封装的首选材料。然而，在极端热负荷场景下，传统热沉型陶瓷基板的被动散热能力逐渐显现局限性，而微通道液冷技术通过主动散热机制实现了质的突破。本文结合技术原理与实战结果，对比两类技术的散热功率差异，为技术选型提供些许参考。
一、被动型与主动型散热的技术原理
被动散热型陶瓷基板
被动散热的核心机制：依赖陶瓷材料（如Al₂O₃、AlN、SiC）的高热导率（AlN可达170-200 W/m·K），以及通过金属线路层（如DBC基板的铜层），以热传导的方式将热量扩散至外部散热器。
氮化硅陶瓷基板以热传导方式将SiC芯片产生热量扩散出去
被动散热型陶瓷基板的典型是DBC（直接键合铜）和DPC（直接镀铜）陶瓷基板，其金属层厚度一般为100-600 μm，通过焊接或粘接与散热器连接。这类陶瓷基板的适用场景包括IGBT、激光二极管（LD）等中高功率器件，热流密度通常低于100 W/cm²。
主动散热型陶瓷基板
主动散热的技术原理：在陶瓷基板内部嵌入微米级流道（宽度0.4-1 mm，高度0.3-6 mm），通过强制对流冷却液（如水、乙二醇）带走热量。
内嵌微流道的LTCC基板以强制对流方式带走射频芯片热量
内嵌微流道陶瓷基板，一般采用直排、蛇形或螺旋流道设计，结合歧管分配技术提升换热效率。清华大学团队开发的贯穿式歧管微通道，相较传统设计压降降低19.8%，热阻减少11.8%。主动散热陶瓷基板的极限散热性能十分突出：可承载热流密度高达1000 W/cm²，尤其适合电动汽车电池、超算芯片等极端场景。
二、实测数据对比
散热效率对比
被动散热型陶瓷基板：在IGBT封装中，DBC基板可将结温控制在150°C以下，但需搭配外部散热器。实验显示，15A电流下AlN基板的激光二极管（LD）热阻为1.30 K/W，输出功率16.3 W。热流密度超过200 W/cm²时，基板内部的温度梯度显著增大，局部温差可达6-8°C。
主动散热（微通道液冷）陶瓷基板：清华大学实验数据：在1 L/min流量下，微通道液冷板可使电池模组最高温度降至28.6°C，最大温差仅2.1°C，较传统液冷板降低8K。工业级测试：采用0.4 mm窄流道时，冷却液流量2 g/s即可将热源温度从34.8°C降至30.6°C，效率提升46%。
极端工况验证：针对1000 W/cm²热流密度的芯片，微通道液冷可将温度控制在85°C以下，可以保障芯片的正常工作，而普通热沉型需依赖额外风冷仍可能存在超温问题。
均温性与可靠性对比
被动散热型陶瓷基板型因依赖热传导，易产生“热点”。例如，紫外LED封装中三维陶瓷基板虽改善纵向散热，但横向温差仍达5-10°C。
而主动散热型（微通道液冷）通过流体强制对流实现均匀散热。蛇形流道设计可使表面温度标准差降至2.6°C以下，螺旋流道可进一步优化至1.5°C。
系统复杂度与成本比较
被动散热，以普通热沉型为例，陶瓷基板的结构简单，成本较低（Al₂O₃基板单价约$0.5/cm²），但需额外散热组件。而主动散热（微通道液冷）需集成泵阀系统，初期成本高（AlN微通道基板单价约$3/cm²），但长期运行能耗更低。
三、典型应用场景分析
在新能源汽车IGBT模块领域，目前普通热沉型DBC基板仍是主流，但面对800V高压平台下300A+电流，结温易逼近175°C极限。特斯拉最新专利显示，其下一代电驱将采用微通道液冷SiC基板，目标热流密度500 W/cm²，寿命提升至25万小时。
在高功率激光器封装领域，AlN热沉基板可将LD单管输出功率提升至25W，但微通道液冷方案（如三明治型AlN/SiC复合结构）进一步将热阻降至0.8 K/W，功率突破30W。
在数据中心GPU散热应用领域，NVIDIA H100显卡若采用微通道液冷，功耗可降低15%，而传统陶瓷热沉需搭配大型散热鳍片，其占用空间增加40%。
采用液冷结构的NVIDIA A100 GPU(图源：PNY Technologies Inc.)
尽管被动型的陶瓷基板在成本敏感型中低功率场景仍具优势，但是微通道液冷技术凭借2-3倍的散热功率提升和极致的均温性，正在重塑高功率电子封装格局，这一发展趋势值得关注。
