近日，有研集团有限公司有色金属与加工国家重点实验室孙明美、郭宏团队以DC、钼铜等低线性膨胀材料为基材，创新性地制作了三种结构功能一体化开放式微通道热沉（DC60、DC75、MoCu50），以去离子水为操作流体进行流动沸腾实验，结合可视化技术研究其传热特性。结果表明，沸腾过程中，在高热导率网络的影响下，金刚石/Cu微通道表面比MoCu50微通道具有更多的成核位点，使得成核沸腾成为相变传热过程的主导，大大提高了传热效率。 DC75在最高热流密度q" = 4012.14 kW/m 时仍保持绝对优势，与MoCu50相比，DC75传热系数提高了3倍，峰值为127.48 kW/m K，且未出现干涸现象，底部温度最低，变形量最小，热稳定性强。在段塞流向分层流转变过程中，出现了段塞流-分层流的协同作用，两种流型共存导致压降只有小规模波动，最大压降不超过3.5 kPa。研究成果以“Subcooled flow boiling in diamond/Cu microchannel heat sinks for near-junction chip cooling”为题发表在《Case Studies in Thermal Engineering》期刊。
据悉，热量的积累对设备的可靠性和使用寿命构成了重大威胁，高功率芯片的热管理问题日益突出。芯片级微通道冷却已经受到了广泛的研究关注，结构和功能的集成设计可以减少芯片封装的热阻并加速散热，然而，这也对结构的可靠性和运行稳定性提出了更高的要求。大多数微通道散热器由铝/铜制成，与半导体芯片的热膨胀系数有显著差异。因此，在芯片封装过程中需要引入热界面层（热基板）以便于过渡，这一要求可能导致芯片封装内整体热阻的增加。相比之下，用于热管理的金属基复合材料可以更好地与第三代半导体材料匹配，提供更好的热管理性能。目前已经开发了四代热管理材料，从合金发展到金属复合材料，再到铝基复合材料，第四代由金刚石和金属的复合材料代表。金刚石具有卓越的热导率，从2200W/mK到2600W/mK，并且具有低热膨胀系数。通过将其与高热导率金属Cu结合，已经开发出用于热管理的金刚石/铜复合材料（DC），具有降低的热膨胀系数和优越的热导率。具有低线性热膨胀系数和高热导率的热管理材料可以实现芯片的“近结冷却”，而最新一代金刚石/铜（DC）复合材料在微通道相变散热中的应用研究有限。
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