周期性分流微通道的結構設計及散熱性能*

王晗 袁禮 王超 王如志?

1) (北京工業大學材料與制造學部，新能源材料與技術研究所，新型功能材料教育部重點實驗室，北京 100124)

2) (北京經濟管理職業學院信息學院，北京 100102)

微通道散熱器在集成電路中具有重要應用, 但目前傳統的長直微通道散熱過程導致溫度不均勻, 散熱效率較低.本文設計了一種周期性分流微結構并與傳統微通道進行集成, 實現了一種高效率的周期性分流微通道散熱器.基于以上周期性分流微通道, 系統研究了單根微通道內微結構數目、微結構的排布方式及結構參數對其散熱性能的影響.結果表明, 引入的分流微結構可增大換熱面積、打破原有層流邊界層、促進冷/熱冷卻液混合、顯著改善微通道散熱性能.在100 W/cm2的熱流密度下, 入口端冷卻液流速為1.18 m/s時, 單根微通道內引入9組微結構后, 其最高溫度下降約24 K, 熱阻下降約44%, 努塞爾數增大約124%, 整體傳熱性能(PEC)達1.465.進一步地, 微結構采用交錯漸變的周期排布方式, 沿流動方向逐漸變寬的擾流元使得冷卻液被充分利用, 減少了高/低溫區的存在且緩解了散熱面沿流動方向存在的溫度梯度, 壓降損失相較于均勻排布也有一定程度的降低, 有效提升了散熱效率.本文提出的周期性分流微通道將在大功率集成電路及電子冷卻領域中具有廣闊的應用前景.

1 引 言

如今, 微電子技術發展迅猛, 電子芯片朝著小尺寸、高集成度的方向發展[1].也意味著在有限的體積內, 越來越多的電……