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微针肋热沉的结构拓扑优化方法及传热性能研究

液冷板,高热流密度散热,拓扑优化,微针肋

电子元器件热流密度高达100~1000W/cm2，散热问题已成为制约其发展的关键技术瓶颈。作为一种高效的散热方法，先进的液冷技术成为了当前研究的热点之一。本文提出了一种微针肋结构的拓扑优化热沉，利用达西插值模型同时求解微肋和主流道的控制方程，建立了结合微针肋与主体流道的拓扑优化模型，并分析了流道占比、微针肋直径及微肋孔隙率等参数的影响。研究结果表明：在热流密度q= 100 W/cm2，维持芯片最高温度80℃时，拓扑优化的微针肋热沉功耗仅为16.85 mW，对比常规微针肋直通道热沉压降和泵功分别降低了74.6%和96.6%。当q=300，350和400 W/cm2时，优化的微针肋热沉功耗分别为7.8W,33.2和118.97 W。因此，本文提出的微针肋热沉可有效解决热流密度q≤400 W/cm2散热问题。本文研究结果可以为高功率密度芯片液冷散热器的设计提供理论指导。