本实用新型公开了一种相分离结构的逆流双层微细通道群组微换热器，包括一层或多层上下叠置的微换热器，所述微换热器上下表面居中设置有芯片安装槽，所述微换热器内设置有逆流双层微细通道，所述逆流双层微细通道包括通过隔板分隔形成的上层微细通道和下层微细通道，所述上层微细通道和下层微细通道的两端均设置有进液口和出液口且工作介质的流向相反，所述隔板的上、下表面均匀设置有若干矩形微沟槽，两端分别设置有网状凹槽，所述网状凹槽内覆盖设置有蒸汽渗透膜。本实用新型实现了相分离技术在微细通道换热器上的应用，在双层微细通道间实现相分离，避免通道出口处干度过大，强化传热效果，提高壁面温度均匀性，从而提高芯片操作性能。