清华大学吕志刚教授团队：液冷陶瓷热沉增材制造的实验与数值研究

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转载最新推荐文章于 2026-11-08 20:52:08 发布 325 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

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随着功率电子器件向高功率密度和小型化发展，散热已成为其性能和可靠性的关键限制因素。液冷陶瓷热沉将传统陶瓷基板与液冷热沉部件进行集成，能够缩短传热路径，提升散热效率。而对于陶瓷热沉所需的封闭内腔微细结构，利用传统工艺成形较为困难。

3D打印技术参考注意到，清华大学吕志刚教授团队开展了液冷陶瓷热沉增材制造的实验与数值研究，发表题为“Additive Manufacturing of Liquid-Cooled Ceramic Heat Sinks: An Experimental and Numerical Study”的文章，该研究旨在验证光固化增材制造技术应用于高效率复杂陶瓷热沉制备的可行性。

1. 论文亮点

(1) 通过光固化增材制造技术制备了具有复杂冷却结构的陶瓷热沉，验证了将光固化增材制造应用于陶瓷热沉制备的可行性，推动了陶瓷热沉面向集成化功率电子封装结构的进一步应用；

(2) 利用增材制造的设计自由度优势，提出并实现了贯穿式的歧管微通道冷却结构，相比传统歧管微通道结构提升了散热效率，并减小了压力损失。

2. 试验方法

首先构建了流-热耦合仿真模型，对陶瓷热沉在不同冷却工质流量下的性能进行求解。基于仿真模型的迭代设计，提出了贯穿式歧管微通道结构，提高进出歧管流动的传热与水力学效率。在此基础上，利用光固化增材制造技术制备了贯通式及传统歧管微通道结构的氧化铝陶瓷热沉，表征其内腔成形完整性与表面质量，并搭建实验平台测试其实际性能。其中，分别利用压差传感器和热像仪测量热沉压降与表面温度分布，实验结果均与数值模拟结果进行了对比验证。

3. 结果

本研究中所设计的陶瓷热沉壁厚为0.5 mm，微通道宽度为1 mm，除进出口外整体为封闭结构。基于光固化增材制造的陶瓷热沉内腔结构成形完整，表面质量良好，在正投影面和侧向表面上分别实现了1.5 μm和3 μm的表面粗糙度。

所制备的陶瓷热沉实验性能与数值模拟结果匹配良好，实验中表面平均温度与数值结果差值低于2 °C，整体分布相似系数在不同流量下均高于0.9，进一步验证了内腔结构精确成形且无明显缺陷。

在1 L/min的流量下，贯穿式歧管微通道结构的压降和热阻相比传统歧管微通道结构分别降低了19.8%和11.8%，并提高了温度分布的均匀性。