近期，北京遥感设备研究所团队以 HTCC 基板为研究对象，采用 COMSOLMultiphysics 软件对基于内嵌微流道的 HTCC基板的热学特性进行仿真，探究不同流道构型、占空比、扰流柱半径以及流速对 HTCC基板散热的影响，根据仿真结果加工试验样件并实现结果验证，为高功率密度芯片的快速散热提供了解决途径。
作为参照，10W功耗的GaN功率芯片贴装于无微流道的HTCC基板，单纯依赖被动散热、在无散热强化的自然对流条件下，GaN功放芯片温度飙升至369℃，远超200℃的耐热极限。
贴装了GaN芯片的无微流道的HTCC基板散热效果
该研究团队创新性地将微流道液冷技术与HTCC工艺结合，通过构建纵向直通型、扰流柱型及自定义型三种微流道构型，系统探究了流道结构对热传递效率的影响机制。
▌ 仿真：微流道结构参数对散热性能的影响
1. 流道构型优化
仿真数据显示，自定义型微流道在0.3m/s流速下可将芯片温度降至113℃，较无流道基板降温幅度达69.4%。其核心优势在于流道转折点设计促使冷却液产生局部湍流，延长流体与基板接触时间，显著提升换热效率。相比之下，直通型流道因结构简单压降较低，但散热性能略逊；扰流柱型则因流阻过大导致温度梯度偏高。
自定义型微流道（上：俯视图，下：侧视图）
2. 占空比与扰流柱半径对散热性能和压降的影响
占空比（流道宽度与间距比）的优化至关重要：当占空比从4.6降至0.4时，芯片温度由153℃降至85℃，但压降同步增加近一倍（453Pa→890Pa）。类似地，扰流柱半径从0.3mm增至0.8mm时，温度下降37℃（145℃→108℃），而压升幅度达116%（618Pa→1338Pa）。这表面设计需在散热性能与系统能耗间寻求最佳平衡点。
占空比对基板散热散热性能的影响
扰流柱半径对基板散热性能的影响
3. 入口流速调控的边际效应
入口流速从0.1m/s提升至1m/s时，自定义型流道温度由113℃降至72℃，但压降激增近30倍（1.3kPa→37.8kPa）。研究表明，0.3m/s流速即可实现显著温降（122℃），同时将压降应控制在38kPa以内，避免对泵系统造成过大负荷。
入口流速对基板散热性能的影响
▌ 样品测试验证
基于仿真结论，该团队制备了内嵌自定义型微流道的HTCC基板样件进行实测。实测数据显示，在0.3m/s水流速下，芯片温度由未通水时的182℃降至122℃，温升降低60℃。
通水后内嵌微流道基板散热的实测结果
尽管实测值122℃略高于仿真结果（主要源于芯片-基板界面存在较大热阻），但仍验证了该方案的有效性。
参考文献
1.孙浩洋等,面向快速散热的 HTCC 基板微流道性能研究[J].电子与封装,2024,24(7):15-20.
