近年来,随着集成电路发热功耗的越来越高,如何有效降低芯片与散热单元之间的热阻抗显得愈加重要,特别是在某些高功率电子产品的热管理方案中,热界面材料的选择以及配套的装配工艺已经成为最为关键的技术环节。镓基液态金属具有流动性好,化学性质稳定,热导率高,无毒无害的特点,是一种优秀的热界面材料备用选择。但镓基液态金属作为热界面材料存在以下亟待解决的关键问题:(1)液态金属有可能从芯片与热沉的间隙溢出,造成电子元器件短路;(2)镓及镓合金的表面张力高达0.5～0.72N/m,与基材的润湿性比较差;(3)镓的年产量不足300吨,需要尽量减少镓的使用量。本文设计了一种基于液态金属强化传热的双连续相复合热界面材料,以液态金属为连接剂桥接金刚石颗粒三维导热网络通道,采用有机硅树脂浸渗填充三维网络之间的孔隙。建立了三维网络结构液态金属/高分子复合热界面材料的制备技术及工艺流程。观察了材料的微观组织与结构,证实了材料具有“液态金属/金刚石”三维骨架与有机硅弹性体双连续相结构。分析了多孔结构三维传热骨架的形成机理以及液态高分子在多孔介质中的浸渗机理。论证了三维传热骨架中连续贯通式孔隙的形成源于金刚石颗粒填充与堆垛结构的自有间隙和粉体压制成型中的拱桥效应。液态高分子在多孔介质中的浸渗充填过程是液体重力、摩擦阻力以及端部紊流引起的非线性力等阻力和毛细作用诱导力共同作用的结果。为了提高液态金属/金刚石的界面热导,采用磁控溅射技术进行金刚石粉体表面金属化,使得液态金属与金刚石间形成“金刚石-碳化铬-铬-液态金属”多层界面结构——碳化铬过渡层有利于降低金属/非金属异质材料间的界面声子散射,金属铬与液态金属润湿良好而且能够抵抗液态金属的腐蚀。在液态金属/镀铬金刚石复合材料的耐久性实验中,当热时效温度≤120℃时,金刚石表面镀层没有被液态金属完全溶解,也没有转变为金属间化合物,而且复合材料导热性能仅仅小幅度下降,说明该多层界面结构能够在低温条件下长期稳定服役。同时,推导了三层样品背面温升的理论公式并编写了迭代拟合程序,配合微分有效介质模型计算得到液态金属/金刚石的界面热导为15 × 106 W/(m2·K)。探讨了液态金属/金刚石的使用比例与材料压制成型工艺对热界面材料热导率的影响。发现热界面材料的导热系数随着液态金属与金刚石的使用比例和粉体压制成型应力的增加而增加,热界面材料的热导率可以达到29 W/(m·K)。液态金属与金刚石的使用比例主要影响金刚石表面的液态金属包覆量,粉体压制应力主要影响金刚石颗粒的平均表面间距以及拱桥效应形成的孔隙量,它们通过控制金刚石颗粒之间接触点数量与接触面积大小来影响热界面材料导热性能。探讨了金刚石的热导率与颗粒度、液态金属的热导率、金刚石与液态金属的界面热导对热界面材料导热性能的影响,发现热界面材料导热系数对液态金属热导率与液态金属/金刚石界面热导的变化更为敏感,相对而言对金刚石热导率的变化不太敏感。研究了粉体压制成型应力、液态金属与金刚石比例、高分子基体强度等因素对热界面材料压缩力学性能的影响。发现在粉体成型压力比较低时,液态金属/金刚石三维骨架的结构较为疏松,具有较高的不稳定性;而施加比较高的成型压力时,三维骨架的结构较为致密,颗粒之间具有更高的摩擦力、机械咬合力,所以随着粉体压制成型应力的增加,热界面材料压缩变形需要的应力逐步增大。发现当有机硅橡胶强度较高时,高分子基体本身发生压缩变形需要更大的压力,而且高分子基体对金刚石颗粒位移的限制作用也更强,热界面材料的压缩需要的应力更大。此外,由于金刚石颗粒填充与堆垛结构自有间隙的尺度远小于拱桥效应形成的孔隙,当液态金属的使用比例增加时,液态金属优先填满自有间隙,此时拱桥效应形成的孔隙并不会发生显著变化,所以液态金属与金刚石比例对热界面材料压缩变形行为的影响较小。采用接近实际应用场景的稳态热流法测试该热界面材料的总热阻抗、界面接触热阻和热导率,得到热界面材料的热导率为20.4 W/(m.K),界面接触热阻为0.206 K·mm2/W,优于目前报道的绝大多数热界面材料。热界面材料在发生压缩变形时,液态金属会从热界面材料的表面析出,与干净的金属基板发生润湿反应,形成类似常温“钎焊”的界面结合,从而得到极低的界面接触热阻。研究了“镍/单晶锡/镍”微焊点电迁移的各向异性,制作了四种不同取向的单晶锡焊点进行电迁移实验,发现了 Ni3Sn4在单晶锡表面与阳极焊盘处呈选择性与规则性分布的现象,探讨了四种取向单晶锡焊点极性效应的差异,使用“各向异性晶体中的电迁移原子流方程”对单晶锡中电迁移的极端各向异性现象进行了动力学分析,讨论了锡晶粒取向对电迁移诱发焊点失效的机制的影响,阐明了金属间化合物在焊点阳极界面的某些局部位置极端快速生长的机理,解释了金属间化合物在某些特定的晶界或晶面上选择性形成的原因。