论文标题：Microchannel Heat Sinks—A Comprehensive Review

论文链接：https://www.mdpi.com/2673-3978/5/4/17

期刊名：Electronic Materials

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/electronicmat

研究背景

随着微芯片技术向着更高集成度与更小尺寸飞速演进，其单位面积的热通量也随之急剧攀升，导致芯片内部热点问题日益严峻。这些热点不仅严重威胁器件的运行稳定性与使用寿命，更成为制约高性能计算发展的关键瓶颈。传统的风冷等散热技术已逐渐触及其性能极限，难以满足当前及未来的散热需求。在此背景下，微通道散热器凭借其极高的表面积体积比，展现出卓越的散热潜力，被视为解决高功率密度芯片散热难题的有效方案。然而，传统微通道结构在应用中仍面临热应力分布不均、流动压降损失过大等挑战，限制了其散热效率的进一步提升。因此，如何通过结构优化与技术创新来突破性能瓶颈，已成为当前热管理领域的研究热点与核心挑战。本文旨在系统性地综述微通道散热器的设计原理、材料选择及性能优化策略，重点剖析被动与主动增强技术对其热工水力性能的提升机制与影响规律，为开发下一代高效、可靠的冷却系统提供坚实的理论指导与前瞻性的技术参考。

研究内容

微通道散热器的性能从根本上取决于其核心设计参数与材料选择。文章详细阐述了基板材料、翅片的数量、形状及排列方式等关键要素，指出铜和铝是主流基板材料，而翅片设计需在散热效率与泵功消耗间权衡。此外，通道几何尺寸、入口流速及流体类型等共同决定了散热器的性能边界，是设计时必须综合考量的因素。

为突破性能瓶颈，研究人员开发了主动与被动两大类增强技术。主动技术依赖外部能量输入，如振动或电场，虽能强化换热但因系统复杂而应用受限。相比之下，被动技术通过优化结构提升性能，因其简单可靠而成为研究主流，其中流动阻断技术备受关注。该技术通过在流道内设置障碍物诱导湍流，是提升散热性能的核心策略。

文章系统回顾了肋片、凹槽等流动阻断结构，指出其几何形状与排列是影响换热与流动的关键。特殊设计如水翼形或三叶草形肋片可实现超越光滑通道的热性能，但提升换热的同时往往伴随压降增加。此外，改变通道曲率与使用纳米流体也是有效途径。曲线形通道可产生二次流增强换热，而纳米流体则能提升工质的整体换热能力，这些策略为多目标优化提供了新思路。

图1. 电子故障的主要原因

研究总结

本文系统回顾了微通道散热器技术的发展现状与未来趋势。文章从基础设计参数出发，剖析了主动与被动增强技术，重点评述了流动阻断等被动技术的研究进展。研究指出，复杂结构虽能提升换热，但伴随的压降增加是制约综合性能的关键。因此，未来研究应注重在强化换热与控制流动损失间寻求平衡。文章强调，多种被动技术的协同优化有望实现性能突破，而开发更精确的理论模型与新型环保纳米流体，将是推动该技术向更高效率、更低能耗方向发展的核心驱动力，对满足未来高功率电子设备的散热需求具有重要意义。

Electronic Materials 期刊介绍

主编：Prof. Dr. Wojciech Pisula, Max Planck Institute for Polymer Research, Germany; Lodz University of Technology, Poland

期刊领域涵盖基础科学、工程和电子材料的实际应用等方面内容。期刊主题包括但不限于：用于电子和微电子器件的电子材料，包括介电材料、半导体；材料的集成、生长和加工；集成电路器件、互联、绝缘体和场发射应用材料；电子材料建模，包括密度泛函理论方法、分子动力学等；以及电子材料的表征等。期刊目前已被Scopus、Ei Compendex、CNKI、DOAJ、EBSCO、OpenAIRE等数据库收录。

2024 CiteScore：3.9

Time to First Decision：27.2 Days

Acceptance to Publication：3.9 Days