一种金刚石颗粒镀覆Ga2O3制备镓基液态金属热界面材料的方法与流程

本发明属于金属基热界面材料领域，具体是涉及一种金刚石颗粒镀覆ga2o3制备镓基液态金属热界面材料的方法。

背景技术：

1、先进的热管理过程选用高导热封装材料、热界面材料、蓄热材料以及热电材料等与功率器件进行组合，构建高效稳定的散热通道。在倒装芯片球栅阵列封装（fcbga）中，热界面材料在裸芯片和散热片（盖板）之间建立高效散热通道，从而有效降低结温，避免芯片失效。镓基液态金属热界面材料具有远高于主流导热硅脂的热导率，有望获得更大的应用市场。

2、通过在液态金属中添加纳米金刚石颗粒可进一步提升其热导率并改善其流动性抑制外溢，但金刚石颗粒与液态金属基体间润湿性差，限制了其高导热特性的充分发挥。液态金属在有氧环境下很容易产生的ga2o3能显著改善金刚石与液态金属的界面润湿，但随机氧化产生的ga2o3分布杂乱以及其很低的本征热导率都不利于复合材料整体性能的提升。现有的金刚石复合镓基液态金属热界面材料往往采用镀覆金属层来进行表面修饰改善两相润湿，但金属碳化物层热导率普遍不高，且引入了更多的界面。也有部分工作注意到ga2o3在镓基液态金属热界面材料装配过程中的应用，以改善镓基热界面材料在特定金属表面上的铺展问题。这类金刚石复合镓基液态金属热界面材料的制备过程中未能充分考虑ga2o3在两相界面处对界面润湿和界面热导的综合影响。

技术实现思路

1、针对现有制备技术存在的问题，本发明提供一种金刚石颗粒镀覆ga2o3制备镓基液态金属热界面材料的方法，通过低压气相化学沉积方法在金刚石颗粒表面镀覆ga2o3，之后无氧环境下与镓基液态金属充分混合，能够精细调控两相间ga2o3的层厚，高效利用ga2o3改善界面润湿的同时将其低热导率的负面作用降至最低。

2、本发明的技术方案为：

3、一种金刚石颗粒镀覆ga2o3制备镓基液态金属热界面材料的方法，包括下述步骤；

4、步骤1：制备镓基液态金属：将指定配比的金属镓、铟及锡置于坩埚当中,通过真空炉加热至额定温度,形成液态金属后降温并取出；

5、步骤2：金刚石颗粒清洗：选择指定粒径的金刚石颗粒用稀盐酸进行超声清洗，之后用酒精冲洗干净；

6、步骤3：镀覆ga2o3：将步骤2清洗后金刚石颗粒平铺于反应坩埚中，以高纯液态镓为前驱体，同时通入高纯氧气和作为保护气的高纯氩气，升至指定温度并反应完成后降温，并继续通入保护性氩气；

7、步骤4：镓基液态金属和镀覆ga2o3的金刚石颗粒混合：在无氧环境下将前述步骤制得的镓基液态金属和镀覆ga2o3的金刚石颗粒混合并进行搅拌；

8、步骤5：制备热界面材料：对混合后的复合材料进行超声辅助润湿，制得经ga2o3调控界面润湿后的高导热镓基液态金属热界面材料。

9、进一步的，所述步骤1中，所述金属镓、铟、锡的质量百分比分别为45~60%镓，25~40%铟，5~10%锡，加热温度是300~400℃。

10、进一步的，所述步骤2中，金刚石颗粒的粒径为50~200μm，稀盐酸质量浓度为5~25%。

11、进一步的，所述步骤3中，氧气/氩气的体积比为1~5%，加热温度为700~950℃，ga2o3膜层厚度为0.2~1.5μm。

12、进一步的，所述步骤4中，混合物中金刚石颗粒的体积比是20~60%，金刚石的粒径是单一粒径或2~3种粒径组合，搅拌时间是10~40分钟。

13、进一步的，所述步骤5中，超声辅助润湿的时间为15~40分钟。

14、本发明的有益效果为：

15、本发明通过低压气相化学沉积方法在金刚石颗粒表面镀覆ga2o3，并在无氧环境下与镓基液态金属充分混合，能够精细调控两相间ga2o3的层厚，高效利用ga2o3改善界面润湿的同时将其低热导率的负面作用降至最低，最终制得高导热性能的镓基液态金属热界面材料。

技术特征：

1.一种金刚石颗粒镀覆ga2o3制备镓基液态金属热界面材料的方法，包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，所述步骤1中，所述金属镓、铟、锡的质量百分比分别为45~60%镓，25~40%铟，5~10%锡。

3.根据权利要求1或2所述的方法，所述步骤1中，加热温度是300~400℃。

4.根据权利要求1所述的方法，所述步骤2中，金刚石颗粒的粒径为50~200μm，稀盐酸质量浓度为5~25%。

5.根据权利要求1所述的方法，所述步骤3中，氧气/氩气的体积比为1~5%，加热温度为700~950℃。

6.根据权利要求1或5所述的方法，所述步骤3中，加热温度为700~950℃，ga2o3膜层厚度为0.2~1.5μm。

7.根据权利要求1所述的方法，所述步骤4中，混合物中金刚石颗粒的体积比是20~60%，金刚石的粒径是单一粒径或2~3种粒径组合。

8.根据权利要求1或7所述的方法，所述步骤4中，搅拌时间是10~40分钟。

9.根据权利要求1所述的方法，所述步骤5中，超声辅助润湿的时间为15~40分钟。

技术总结
一种金刚石颗粒镀覆Ga2O3制备镓基液态金属热界面材料的方法，首先通过指定配比的金属镓、铟及锡加热后制得镓基液态金属；对指定的金刚石颗粒经超声清洗后进行低压化学气相沉积在表层镀覆Ga2O3，其中液态镓和高纯氧作为前驱体，高纯氩气作为保护气；在无氧环境下将制得的镓基液态金属和镀覆Ga2O3的金刚石颗粒混合并进行搅拌；对混合后的复合材料进行超声辅助润湿，制得经Ga2O3调控界面润湿后的高导热镓基液态金属热界面材料。该方法能够精细调控两相间Ga2O3的层厚，高效利用Ga2O3改善界面润湿的同时将其低热导率的负面作用降至最低，最终制得高导热性能的镓基液态金属热界面材料。

技术研发人员：杨辉,杜世杰,谢忠南,孙明美,黄树晖,郭宏,解浩峰
受保护的技术使用者：有研工程技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15