破局芯片散热桎梏：全球最小高能效MEMS冷却器问世，算力革命再添关键拼图
2025-06-22 06:18:40 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
尽管这款MEMS冷却器体积小巧，但散热性能却令人瞩目，其散热系数是被动散热方案的3倍，甚至超过了一些现役的微型机械风扇。通过级联多个该MEMS冷却器，可再将散热量提升数倍，满足平板电脑、游戏手机等高耗能场景下的散热需求。
人工智能（AI）火爆全球、无人驾驶加速落地、虚拟现实愈发沉浸……前沿技术正以前所未有的速度发展，推动着智能识别、实时决策等高阶任务向终端设备转移，驱动了高性能芯片部署模式的变革——其正从云端数据中心前移，嵌入智能手机、VR眼镜、智能手表等贴近用户的边缘设备。然而，边缘设备智能化浪潮也面临严峻挑战：高性能芯片运行产生大量的热，在元器件密集化加持下使得芯片散热成为伴随工艺瓶颈、制约终端算力跃升的第二大关键难题！散热不力将导致芯片温度飙升，降频、卡顿、宕机乃至硬件老化损坏等一系列问题接踵而至，严重损害用户体验和边缘设备可靠性。
然而令人遗憾的是，绝大多数边缘设备至今仍在沿用陈旧的散热方案：传统的主动冷却器（例如机械风扇）因体积大、能耗高、噪音扰人、风压不足、寿命短、可靠性差且难以兼顾防水防尘，几乎被彻底排除在智能手机、平板电脑等追求极致紧凑形态的设备之外；而被动散热器（例如匀热板）虽具备轻薄静音、免维护的优势，却因其散热能力上限低、所需大散热面积，越来越难以支撑终端日益增长的澎湃算力需求。高性能、微型化、兼具高能效与静音特性的新型主动散热技术，已成为撬动“被动散热时代”向“主动散热时代”革命性转型的关键支点，其突破将重塑行业格局，引爆边缘智能设备的算力新纪元！
据麦姆斯咨询报道，近期，天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室庞慰/张孟伦课题组在微型主动散热技术上取得突破性进展。该课题组成功开发出一款高能效压电MEMS合成射流冷却器，相关研究成果以“Energy-Efficient Piezoelectric MEMS Cooling Chip for Compact Electronics Based on a Partially Mechanical Decoupled Actuator”为题，在电子行业老牌期刊IEEE Transactions on Electron Devices上发表。
图1 压电MEMS合成射流冷却器应用场景与工作原理
据论文通讯作者张孟伦教授介绍，这款压电MEMS合成射流冷却器采用了一种“部分机械解耦”的执行器结构，这一巧妙设计使得该MEMS冷却器能够高效产生合成射流，产生的风速达到3.4米/秒，而全负载功耗仅需69毫瓦，为传统微型机械风扇的1/5；该MEMS冷却器整体封装尺寸为6 mm × 6.7 mm × 2.1 mm，是目前公开报道的空气对流式冷却器中体积最小的，完美契合智能手机、平板电脑、智能手表等边缘智能设备微型化、长续航的应用需求。
图2 封装后的MEMS冷却器照片与部分机械解耦执行器细节照片
图3 MEMS冷却器的散热效果展示
尽管这款MEMS冷却器体积小巧，但散热性能却令人瞩目！据论文通讯作者庞慰教授介绍，在该MEMS冷却器未开启时热源温度稳定在85℃，而当该MEMS冷却器开启后，热源温度迅速降低至55℃，对流传热系数高达72 W/m²K。该MEMS冷却器散热系数是被动散热方案的3倍，甚至超过了一些现役的微型机械风扇，与微型冷却器业界新星美国企业Frore System推出的AirJet Mini产品水平相当；但该MEMS冷却器的占位面积却比AirJet Mini产品小40倍，功耗小15倍！在满载条件下，该MEMS冷却器能够带走1.1 W的热量，这相当于智能手机轻度办公/娱乐的发热量；全负载能效系数COP高达12.7，意味着每消耗1份电量，可带走12.7份热量，远超传统微型机械风扇和AirJet Mini产品。通过级联多个该MEMS冷却器，可再将散热量提升数倍，满足平板电脑、游戏手机等高耗能场景下的散热需求。
表1 天津大学研发的MEMS冷却器与其它微型主动冷却器性能指标对比
论文信息：DOI: 10.1109/TED.2025.3565668
延伸阅读：
上一篇：PZT压电驱动的聚合物基MEMS扬声器，赋能可穿戴和透明电子设备
下一篇：最后一页