北京大学研究将介电流体芯片冷却提升至每平方厘米1,570瓦

北京大学研究人员介绍了一种嵌入式芯片冷却设计，该设计采用介电冷却剂（一种不导电的流体），临界热流密度最高可达1,570 W/cm²。这篇经同行评审的论文于2026年10月7日发表在《Nature Electronics》上。所用冷却剂为HFE-7100，它通过汽化带走热量，这种方式称为两相冷却。

作者从一个众所周知的问题出发：芯片不断变得更小、性能更强，因此将热量导出变得越来越重要。在嵌入式冷却中，微流体通道直接刻蚀在芯片衬底中，使液体能够靠近最热的部位。论文称，以水作为冷却剂时，这种方法可处理最高3,000 W/cm²的热流密度。水吸热和导热性能良好，但也导电，因此设计人员必须小心避免短路。

介电冷却剂消除了这一电气风险，但作者写道，此前使用介电冷却剂的技术往往被限制在1,000 W/cm²以下，即使预先对流体进行冷却和加压也是如此。摘要显示，他们的设计可达到1,570 W/cm²。

性能提升来自团队所称的「水平-向上」歧管（horizontal-up manifold）。液体从水平入口流入，有助于新鲜冷却剂回流至受热表面；蒸汽则从垂直出口排出，从而更快被清除。该器件采用微机电系统（MEMS）技术制造，作者表示，这意味着它可以集成到标准半导体工艺中，并可面向未来电子设备进行规模化扩展。论文中列出的图表将该设计与标注为SPMC的结构以及其他具有代表性的两相冷却技术进行了比较，并涉及运行稳定性。全文设有付费墙；本报道基于摘要及文章页面的公开部分。

Wei Xiao和Zhihu Wu对该工作贡献相同。Bai Song构思了这项研究并担任通讯作者，他与Wei Wang共同指导了研究。作者单位为北京大学力学与工程科学学院、集成电路学院以及先进微纳制造技术全国重点实验室。资金来源包括国家自然科学基金、国家重点研发计划和北京市自然科学基金等，作者声明不存在利益冲突。论文于2025年10月8日收稿，2026年9月11日被接收。其参考文献中包括同一批研究人员中的几位于2025年在《Nature Electronics》上发表的一篇论文，内容涉及射流增强歧管微通道，其额定热流密度最高可达3,000 W/cm²。