来源 | Renewable and Sustainable Energy Reviews

链接 | https://doi.org/10.1016/j.rser.2026.116879

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背景

现代电子器件在消费、航空航天、电力电子等领域的微型化和集成化导致功率密度大幅提升，热通量突破100 W/cm²且持续增长，过高的工作温度会降低器件可靠性、缩短寿命，热管理成为核心难题。传统冷却方式（自然对流、空冷、传统液冷换热器）热移除能力有限且体积庞大，无法适配器件小型化趋势；微通道散热器 (MCHS) 因水力直径<1 mm，拥有高比表面积，热传递效率显著提升，成为高效热管理方案。传统 MCHS 制造技术（CNC、微加工、电火花加工等）存在几何复杂度限制、材料浪费、需二次封装等问题，无法实现 MCHS 复杂结构的制备；增材制造 (AM) 凭借分层制造、一体化成型的优势，提供了前所未有的设计自由，成为 MCHS 制备的关键技术。

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成果掠影

近日，深圳大学唐恒团队系统综述了增材制造微通道散热器 (AM-MCHS) 的研究进展、核心技术、性能特征、现存瓶颈及未来方向；涵盖 SLM/LPBF/DLP 等主流 AM 工艺，材料体系从铝合金拓展至铜合金、钢 / 镍基合金、陶瓷及多材料集成，设计方法向拓扑优化、晶格 / TPMS 结构、机器学习演进，实现了 MCHS 热阻降低、温度均匀性提升且压降可控；同时分析了 AM-MCHS 在精度、表面质量、成本等方面的技术瓶颈，并提出工艺升级、材料开发、工艺 - 结构协同设计等未来研究方向，为高功率密度电子器件的热管理提供了全面的理论和工程指导。研究成果以“Fabrication of microchannel heat sinks using additive manufacturing: A review” 为题，发表于《Renewable and Sustainable Energy Reviews》期刊。

03

图文导读

图1.微通道散热器在高热流电子热管理中的应用。

图2.过去十年增材制造微通道散热器的研究进展：（a）每年的出版物数量;（b）所采用的AM类型。

图3.微通道散热器的类型包括直通道、针翅阵列、间断通道、歧管微通道、生物启发微通道和肋状/腔增强微通道。

图4. MCHS测量的实验装置：（a）基于热电偶的测量平台;（b）基于恒温热成像的测量平台。

图5. MCHS的代表性应用领域，涵盖电子、能源系统、数据中心、汽车、航空航天和医疗设备。

图6.基于激光的增材制造示意图。

图7. DLP示意图。

图8.（a）双层微通道散热器（DMHS），带导流板[83];（b）双层嵌套微通道，带冲击射流（IJDN-MHS）[74];（c）具有叠加混合翅片的嵌套射流微通道（IDN-MHS-RF）[84];（d）具有六个入口/出口方案的双层冲击射流微通道（IJ-DMCHS）[85];（e）具有混合翅片的双层冲击射流微通道（IDN-HI-MHS）[86];（f）包含上层偏转块的嵌套射流微通道（IDN-MHS-HUD）[87]。

图9.（a）LPBF制造的双层微通道器件和晶格结构[88];（b）扇形腔翅片和圆柱形微针散热器[89];（c）CuCrZr/AlSi 7 Mg键合的多材料TPMS风冷散热器[90];（d）梯形肋和扇形槽微通道散热器（TFMCHS）[91];（e）通过SLM和钻孔制造的L形单通道散热器[92];（f）拓扑优化的CuCrZr微通道（2D/P3 D-SOTO/MOTO）[93]。

图10. SLM制造的铝和铝合金MCHS：（a）空气冷却的Al 6061散热器：圆柱形针翅、间断板翅、圆角板翅、交错椭圆形针和网格[99];（b）具有正方形/矩形/圆形/椭圆形横截面的AlSi 10 Mg微通道散热器[100];（c）通过TO参考文献的AlSi 10 Mg中的仿生雪花MCHS [101];（d）通过均匀化方法生成的TO MCHS [102]。

图11. SLM制造的铝和铝合金MCHS：（a）三层微通道散热器（TLMHS）[103];（b）翼型翅片散热器[104];（c）DBA背面直接印刷的散热器：针翅、水滴翅片、矩形翅片、城堡形边界针翅和花键/直微通道[105];（d）自然对流，拓扑优化相变散热器[106];（e）SLM可制造性的内部通道范例：圆形，脊形和方形通道[107]。

图12. DMLS制造的铝和铝合金MCHS：（a）渗透膜MCHS [108];（b）直通道与歧管通道[109];（c）曲线V型PMM [110];（d）等边三角形MCHS [111];（e）六个共形冷却通道（CCC）[112];（f）单层/双层倾斜通道[113]。

图13. LPBF制造的铝和铝合金MCHS：（a）离散侧壁特征的微/小通道散热器（DSF-MCHS）[114];（b）复杂的3D冷却剂通道[115];（c）双层弧形间歇发散通道[116];（d）中空翅片集成两相散热器[117]。

图14. LPBF制造的铝和铝合金MCHS：（a）歧管微通道散热器（MMCHS）[64];（b）TO空气冷却翅片散热器（HS 1-HS 9）[118];（c）拓扑优化的液体冷却微通道散热器（TO-2/TO-3）[119];（d）多通道分支微通道散热器[120]。

图15. MCHS类型：（a）圆形平行微通道[73];（b）蛇形亚毫米微通道[126];（c）带有歧管的单片双层矩形微通道[127];（d）用于CPV/MCHS/TEG集成的交错方形微通道[128];（e）方形直微通道[129];（f）混合冲击微射流-微通道散热器[129]。

图16. MCHS类型：（a）IN 718歧管微通道，热/冷侧和顶部/底部歧管上具有横流平行微通道[131];（b）DMLS Ti-6 Al-4V和IN 718内部微通道，能够实现复杂的弯曲通道几何形状[132]。

图17.陶瓷AM-MCHS：（a）Al₂O₃单片歧管MCHS [135];（b）Al₂O₃封闭通道歧管MCHS-直接MMC/传统MMC/蛇形直接MMC [136];（c）Al₂O₃U-蛇形微通道散热器[78];（d）AlN微通道陶瓷散热器[137];（e）用于激光二极管冷却的AlN内部微通道陶瓷散热器[138]。

图18.聚合物/低成本原型MCHS：（a）EGM优化的平行矩形微/小通道散热器[139];（b）PDMS-GO微流体散热器：盘绕3D、方形截面3D和三角形截面3D [140];（c）PDMS微通道制造程序[141]。

图19. AM-MCHS的拓扑优化方案：（a）嵌入AM约束的基于均匀化的多目标TO [102];（b）通过PCM散热器的MMA最小化全局热顺应性的自然对流TO [106];（c）SIMP-Brinkman双目标TO（平均温度和耗散）产生仿生雪花MCHS [66];（d）在耦合的Navier-Stokes方程和能量方程下的完全3D TO，具有可制造性约束PUP-OAC 0 °、45 °、60 ° [119];（e）基于密度的TO，SIMP插值和多目标热流体优化[118];（f）基于SIMP的TO，2D和伪3D，SOTO和MOTO公式[93]。

图20. AM晶格/TPMS散热器的优化范例：（a）晶格和椭圆形针翅几何形状作为晶格/TPMS类设计范例，SLM制造[99];（b）TPMS I-WP几何/优化范例，通过SLA模板实现[144];（c）TPMS原始隐式函数优化内核，多材料分区，CuCrZr/AlSi 7 Mg中的LPBF [86]。

图21. DSF-MCHS中离散化侧壁特征的GA优化，由ANN替代物辅助进行Δp-ΔT预测[114]。

图22. AM-MCHS的开发。