基于ANSYS的内嵌式微通道芯片散热结构设计与优化

Abstract

为有效解决大功率芯片散热瓶颈，基于ANSYS设计传统并联直通道、通断型微通道、通断扰流强化型微通道三种内嵌式芯片散热结构，选取去离子水、Al₂O₃-水纳米流体、50%体积分数乙二醇水溶液三种冷却液，在统一仿真边界条件下开展散热性能对比研究。仿真结果表明：流道扰流结构与冷却液物性是决定芯片散热性能的两大核心因素，相同结构下散热介质性能排序为Al₂O₃-水纳米流体>50%乙二醇水溶液>去离子水；本文创新设计的通断扰流强化型微通道搭配Al₂O₃-水纳米流体，可实现芯片最低面加权平均温度304.59 K、最高总热通量1.78×10⁷ W/m²，相较于传统直通道结构散热效率大幅提升。综合散热性能整体排序为：通断扰流强化型微通道>通断型微通道>传统并联直通道。相较于现有常规微通道散热方案，本文结构换热比表面积更大、流体扰动更强、温度均匀性更优，有效解决芯片局部热点堆积问题，为高集成、高功率芯片的热管理结构优化及冷却液选型提供可靠的理论依据与工程参考。