基于弹性湍流的微通道强化散热技术

本项目源自高功率电子器件应用行业实际技术需求，属于行业共性问题。随着MEMS/NEMS技术和新一代半导体材料的发展，电子器件微型化、集成化程度不断提高，导致其热流密度持续增大，高集成度、高功率电子系统的热管理问题极具挑战，已成为制约其性能及规模化应用的主要瓶颈之一，是工程热物理、微电子与微纳加工交叉领域的热点和前沿问题。目前超高热流散热核心技术被少数发达国家掌握，热流密度>1 kW/cm2的散热技术已经通过了实验验证。我国在微通道对流换热强化、流动沸腾机理与调控技术方面已开展了大量研究，但在传热性能和技术应用方面仍落后于欧美国家。总体而言，微流体冷却技术存在单相传热性能相对较差、两相流动不稳定的问题，亟需针对高集成度、高功率电子系统超高热流密度冷却技术开展研究，实现技术突破。微通道散热器比表面积大、热输运能力强、易与高功率电子器件实现集成，已成为最具前景的超高热流散热技术。第一代远端冷板散热技术的散热能力小于100W/cm2，第二代穿透式液冷散热技术的散热能力约为200~400W/cm2，本项目提出基于弹性湍流的嵌入式微通道高效散热技术，可以实现热沉冷却能力≥1000W/cm2，散热器表面温度≤70℃，冷却热流密度相比传统液冷冷板等经典技术提升 10 倍以上。该技术可突破高功率电子器件散热技术瓶颈，带动高频、高集成、高功率电子器件产业链升级，提升国防军工、信息技术和智能制造等相关产业核心竞争力，产生显著的经济和生态效益。

【产品性能优势】（1）基于弹性湍流的微通道内微流体高效热技术开发宽温区、自修复且易猝发弹性湍流的“环保型表面活性剂黏弹性流体”作为工作介质，通过微通道构型和微射流等因素猝发非牛顿黏弹性流体弹性失稳，从而形成具有高换热性能的湍流传热。 （2）流-固-热-力多要素耦合仿真技术开发准确高效健壮的数值计算方法，形成流-固-热-力多要素耦合仿真技术，揭示温度、热应力和器件性能的耦合关系，为嵌入式微通道散热器的设计提供理论依据。 （3）复杂三维供液分流管网一体化集成技术设计微米 (微通道散热器)-毫米 (基板分流器)-厘米（供液盒体）多尺度复杂三维流体供液分流网络，开发基于热压牺牲层工艺的 HTCC/LTCC 基板分流器、基于 3D 打印或多层键合工艺的供液盒体，实现嵌入式微通道散热器、基板分流器和供液盒体的复杂三维供液分流管网一体化集成。