来源 | International Communications in Heat and Mass Transfer

链接 | https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2026.110521

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背景

随着AI、5G、数据中心、新能源车、3D堆叠芯片等技术发展，电子芯片的热流密度已从传统的40 W/cm² 上升至1100 W/cm²。传统风冷和单相液冷因空气比热容低、对流换热系数有限、泵功耗大、温度梯度大等物理限制，难以满足高功率芯片的散热需求。研究表明：芯片温度每升高10°C，可靠性降低50%；每降低1°C，失效率降低4%。约50%的电子设备故障源于过热。因此，发展高效的两相冷却系统成为解决高热流密度散热问题的关键路径。

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成果掠影

近日，山东大学辛公明、张井志团队系统性地回顾了面向高功率电子芯片的先进冷却技术，重点围绕两相冷却系统，从被动式毛细驱动到主动式泵驱系统，深入分析了其工作原理、关键技术、最新进展及未来挑战。聚焦高热流密度电子器件两相热管理策略，系统对比被动毛细驱动（LHP/CPL）与主动泵驱两相冷却两大技术路径，重点剖析压电微泵的微型化、精准控流优势，以及歧管微通道（MMC）蒸发器的流道优化创新；明确40–1100W/cm²为新一代芯片核心散热区间，指出压电微泵 + 优化型歧管微通道协同是突破先进计算热瓶颈的关键方案，同时梳理了两类系统的技术短板与未来研发方向。研究成果以“A brief review of two-phase thermal management strategies for high heat-flux electronics” 为题，发表于《International Communications in Heat and Mass Transfer》期刊。

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图文导读

图1、文章主要内容示意图[22,46,47]。

图2、采用嵌入式歧管微通道散热技术和创新结构的自驱动散热器：辐射传热模式的3D CAD图，PV-LHP-RC系统的2D示意性侧视图（a）[41]；蒸发器和加热器块的结构（B）[18]；sLHP结构示意图，带有加热和温度测量位置，带有玻璃残留物（C）的芯结构的SEM图像[42]；散热器的结构（D）[43]；用于冷却电动汽车逆变器和温度传感点的回路热管示意图。（E）[45]。

图3、（A）自驱动散热器电路：一维节点分析建模示意图； [73]（B）拟用SLTS（分离回路热虹吸管）的外形尺寸、冷凝器部分示意图、作为蒸发器的刮削翅片沸腾表面的详息[74]（C） 带仪器的HCPL示意图。（CFM：科里奥利流量计）；[50]（D）LHPDI示意图；[76]（E）烧结芯的SEM图像； [84]（F）两级回路热虹吸管系统的结构； [86]带外壳的3D打印蒸发器：单液体入口和三个蒸汽入口，3D打印蒸发器的CAD视图：（G）芯几何形状、蒸发位置和蒸汽通道示意图[49]。

图4、泵驱动两相系统流程图。

图5、（A）压电微泵用作动力源：A位置各种散热器的流动可视化测试观察位置和流动可视化图像[53]；（B）压电驱动冷却系统示意图，微通道散热器结构示意图。 [110]；（C）（a）简化从入口吸入流体的流程；（b）使从出口流出的流体流线化；（c）吸入和排出过程中流体域的截面速度。[21]；（D）JAICIPM的结构示意图、冷却剂的流动路径、冲击射流和回流的布置、3D打印底座的图片、组装好的JAICIPM图片。[55]。

图6、微通道和歧管微通道。

图7、（A）微通道示意图：不同MMCHS示意图[62]；（B）计算域的示意图[143]；（C）（a）MMCHS的系统示意图；（b）底墙结构示意图；（c）不同底墙的局部结构示意图（c）[67]；模型示意图：（a）三种散热器模型配置；（b）案件0的局部特写视图；（c）方形翅片的几何参数；（d）圆形翅片的几何参数。[65]；（D）多层歧管微通道液冷板结构示意图[146]；（E）具有直微通道的MEMS散热器示意图，其中直微通道以直线排列方式包含矩形侧壁腔[69]；（F）硅基混合分布式射流/针翅微通道散热器的分解图[70]；（G）H-FMCMC冷却剂流动路径的2D和部分3D示意图[71]；（H）三维流体结构通道示意图（一）[149]。

图8、（A）歧管逆流微通道散热器模型[22]。（B）歧管逆流微通道散热器示意图。[22]

图9、不同入口质量流量下（a）Tmax、（b）Tmin、（c）ΔΤ和（d）α变化的比较[22]。