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基于弹性湍流的微通道强化散热技术  
我有意向    2023-08-22    浏览:786  
技术简介
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一、项目简介
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。

二、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。

三、市场前景及应用
以氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体器件具有高频率、高功率、低损耗以
及高抗干扰能力等特点,在军用雷达、激光器、5G 射频、光电子以及功率电源
等领域具有广阔的应用前景,已成为支撑新一代军工、信息技术和智能制造的“核
芯”。2020 年中国电力电子和微波射频产值约为 70 亿元,且每年以超过 30%的
速度增加,其中,电力电子产业产值达 35.35 亿元,GaN 微波射频产业产值达
33.75 亿元。
本产品的开发将填补国内超高热流密度散热领域的技术空白,将助推 GaN
基功率器件的性能跨越式提升,为我国占领高功率器件市场创造条件。



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