集成电路在高速运行时产生的热量，一直是制约电子设备性能与安全性的关键瓶颈。传统的嵌入式冷却方案通常直接在芯片基板中雕刻微通道，利用水等液体带走热量。虽然水的比热容和导热系数优异，可实现高达 3,000 W cm⁻² 的热通量耗散，但其导电性带来了短路风险。
为解决这一矛盾，介电液体（绝缘冷却液）成为替代选择，但这类流体通常在散热效率上不及水。北京大学研究团队近期在《自然电子》杂志发表最新成果，提出了一种基于水平向上歧管的嵌入式两相冷却技术。该方案利用 HFE-7100 介电流体的汽化特性，在保证电气安全的前提下，显著提升了散热能力。
微流道结构设计优化散热路径
研究人员采用标准电子制造技术开发了新型嵌入式冷却系统。核心创新在于其微流控结构的几何设计：通过引入水平入口补充液态冷却剂，并设置垂直出口加速蒸汽排出，实现了高效的“气液分离”与循环。
在该系统中，HFE-7100 冷却液流经贴近热点的微通道时吸收热量并发生相变沸腾。随后，生成的蒸汽通过垂直出口迅速排出，而新的液体则从水平入口持续补充。这种设计克服了以往介电冷却技术在预冷和预加压条件下，临界热通量难以突破 1,000 W cm⁻² 的限制。
实测数据与工艺兼容性
初步测试数据显示，该系统的临界热通量达到了 1,570 W cm⁻²。在此阈值之下，冷却液的沸腾过程能够维持有效的散热功能；超过该值后，散热效率将显著下降。需要注意的是，热通量反映的是单位面积上的传热速率，而非芯片移除的总热量。
魏晓、吴志华及其同事指出，强化传热的关键在于水平向上流道歧管的设计逻辑。由于该技术基于微机电系统（MEMS）工艺制造，它具备与标准半导体制造工艺直接集成的潜力，适用于未来的高性能电子产品。
目前，针对商用电子设备的后续实验将进一步验证该系统在实际工况下的可靠性与长期性能。随着集成电路功率密度的不断提升，此类兼顾安全性与高效散热的嵌入式冷却方案有望成为解决芯片过热问题的重要技术路径。
