来源 | Applied Thermal Engineering

链接 | https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2026.130537

01

背景

AI / 算力芯片功率密度指数增长，下一代电子器件热流超1000 W/cm²，极端场景达1×10⁷ W/cm²；热失效占电子设备故障 55%，芯片温度每升1℃，可靠性降5%。传统风冷（HTC<100 W/m²·K）、常规液冷（HTC≈1000 W/m²·K）无法满足，微通道散热器（MCHS）HTC 可达10 kW/m²·K，是高功率散热核心方案。现有综述未聚焦多孔肋微通道，缺乏该领域系统性综述。

02

成果掠影

近日，西安交通大学晏鑫团队系统综述了多孔肋结构在微通道散热器（MCHS）两相沸腾换热中的最新研究进展，重点分析了其在热阻、流动阻力、液体储存、流动稳定性、温度均匀性以及长期老化等方面的表现与机制。针对高功率密度电子器件爆发式散热需求，系统梳理多孔肋微通道散热器（porous-ribbed MCHS）的两相流沸腾热管理与强化策略，重点解析其热阻 / 流阻特性、沸腾储液机制、流动不稳定性与温度均匀性、长期运行老化失效四大核心问题，对比多孔肋、纳米流体、表面改性三类强化方案，提出机理导向设计指南，填补该领域系统性研究空白，为技术工业化落地提供理论支撑。为下一代高功率电子器件热管理提供了清晰的理论基础与设计路径。研究成果以“A review of porous-ribbed mini/micro-channel cooling technologies: two-phase thermal management and enhancement strategies” 为题，发表于《Applied Thermal Engineering》期刊。

03

图文导读

图1 集成电路中晶体管特征尺寸与热设计功耗（TDP）的发展趋势。

图2 电子设备的失效因素与失效原因。

图3 不同散热模式与几何尺寸下散热器的传热系数对比。

图4 微通道散热器中的流动沸腾换热强化策略。

图 5 不同多孔结构的微观形貌：(a) 枝晶状铜颗粒 [48]；(b) 球形铜颗粒 [49]；(c) 电泳沉积制备的 ZrSi₂-ZryS 涂层 [50]；(d) 化学刻蚀表面 [51]；(e) 金属泡沫 [52]；(f) 铜丝与铜绞线熔合结构 [53]。

图6 本综述的主要研究内容。

图7 2002-2024年间基于Web of Science数据库收录的微通道散热器相关论文发表数量统计。

图8、多孔肋的制备方法、几何结构布局与微观结构参数汇总。

图9、不同多孔微通道散热器的数值研究(a) 半多孔肋微通道散热器 [82]；(b) 带多孔基底的微通道散热器 [83]；(c) 多孔层与固体壁组合肋的波浪形微通道 [85]；(d) 拓扑优化的多孔肋微通道散热器 [86]；(e) 开孔多孔铜肋的三维结构 [87]。

图10、多孔微 / 迷你通道散热器的实验研究(a) 双多孔烧结表面 [99]；(b) 烧结多孔结构的对流换热强化效果 [100]；(c) 带 Ω 形凹腔的多孔肋微通道散热器的换热强化 [102]；(d) 侧壁微孔修饰微通道散热器的换热强化效果 [37]；(e) 刻蚀多孔与泡沫多孔复合结构制备的突扩变截面双多孔迷你通道 [104]；(f) 通道表面烧结铜编织带制备的双多孔迷你通道散热器 [53]。

图11、 多孔微 / 迷你通道散热器的实验研究：(a) 热成像下三种多孔互连微通道网的毛细上升高度对比 [78]；(b) 粉末粒径为 20 μm 的多孔表面扫描电镜（SEM）图像 [117]；(c) 微孔表面迷你通道散热器的局部换热强化效果 [117]。

图12、不同肋尖间隙下带肋微通道散热器的相变传热特性研究：(a) 带锥形集流腔的开放式微通道散热器 [132]；(b) 有无肋尖间隙的微通道散热器对比 [133]；(c) 开放式与封闭式微通道的临界热流密度（CHF）对比分析 [134]；(d) 不同肋尖间隙的带肋微通道散热器 [68]；(e) 不同肋高的多孔肋微通道散热器 [76]。

图13、流动沸腾过程中多孔结构内的储液机制研究：(a) 微孔与多孔涂层表面的理论模型 [136]；(b) 带凹腔结构的肋式微通道散热器 [137]；(c) 多孔结构内的流动特性（荧光颗粒显示两个液桥之间蒸气下方的液体运动）[138]；(d) 具有储液能力的交错三角形微针肋阵列 [139]。

图14、宏观通道与微通道内流动不稳定性的分类[144]。

图15、微通道散热器中的流动不稳定性：(a) 微通道散热器内的气泡回流现象 [148]；(b) 并行微通道散热器中的稳定与非稳定流动沸腾区域 [149]；(c) 微通道散热器内不同流型下的非稳态温度波动 [150]。

图16、固体肋与多孔肋微通道散热器内的气泡运动[123]。

图17、微通道散热器中流动不稳定性的抑制策略(a) 带二次通道的肋式微通道散热器 [159]；(b) 多孔壁面微通道散热器 [164]；(c) 微通道内气泡上游端的受力示意图 [165]；(d) 无入口节流器与带入口节流器的普通微通道散热器对比 [166]。

图18、微通道内单个气泡的受力示意图[179]。

图19、微通道散热器中流动不稳定性的判定。

图20、 微通道散热器的温度均匀性改善策略：(a) 带扭曲叶片状肋片的微通道散热器 [183]；(b) 多级分叉式微通道散热器 [184]；(c) 带二次入口的微通道散热器 [187]；(d) 变密度交错斜截型微通道散热器 [188]。

图21、换热表面老化机理研究：(a) 运行时间对换热表面粗糙度的影响 [202]；(b) 老化实验前后加热通道铜表面接触角的变化 [203]；(c) 铜表面在沸腾实验前后的扫描电镜（SEM）照片 [205]。