[发明专利]一种实现固体片表面镓基液态金属铺展的方法

说明书

本发明提供一种实现固体片表面镓基液态金属铺展的方法，属于电子器件散热技术领域。在不浸润的固体片表面沉积一层连续的Ga₂O₃薄膜，还原退火Ga₂O₃薄膜形成从里往外结构的Ga₂O₃层/Ga‑O混合层/金属Ga层的复合结构薄膜。将镓基液态金属滴在复合结构薄膜表面，镓基液态金属与金属Ga层之间完全润湿，液态金属铺展在固体片表面。本发明避免了固体片与液态金属之间的电导通，实现了镓基液态金属在固体片表面的浸润和铺展。

技术领域

本发明涉及一种实现固体片表面镓基液态金属铺展的方法，属于电子器件散热技术领域。

背景技术

液态金属是指熔点较低的金属或者金属化合物。一般来讲，其在常温下或者温度略高于常温的条件下就已熔化成为液态。常见的液态金属如水银、金属镓以及镓基金属化合物。液态金属以其较高的导热能力和导电能力在能量管理、转化和储存等各个方面都得到了广泛的应用。众所周知，液态金属镓及其合金具有熔点低、热导率高以及流动性好等优点，特别是其热导率更是远高出常规热界面材料如硅油或其添加有高导热纳米颗粒材料1个数量级，是一种十分理想的热界面材料。近年来，越来越多的学者开始探索液态金属在提高界面传热方面的应用。液态金属直接作为热界面材料易发生溢出的现象，液态金属与固体热沉的润湿性尚不够理想。图1示出镓基液态金属Ga_62.5In_21.5Sn₁₆在铜片表面形成的液滴，表明镓基液态金属Ga_62.5In_21.5Sn₁₆在未经特别处理的铜片表面是疏水性的。因此液态金属无法很好地在固体表面铺展,填充于界面后仍会有部分接触面存在一定空隙，因而会影响导热性能。

通过对现有文献的检索发现，实现固体表面液态金属铺展的方法主要集中在通过增强液态金属热界面材料在固体表面的润湿性以提高固体表面的液膜铺展特性和传热性能。申请公布号为CN103131396A的发明专利“一种热界面材料及其制造方法”通过将金属镓、铟、汞、钠、钾、铯或其二元、多元合金，置于空气或氧气中氧化而形成热界面材料，可大大提升金属基流体与各种界面间的润湿性，从而较好满足热界面材料的要求。但液态金属置于空气或氧气中氧化后液态金属的热导率大大降低，丧失了液态金属作为热界面材料的优势。申请公布号为CN104357795A的发明专利“一种通过提高液固表面浸润性实现液体大面积铺展的方法”通过在非润湿表面加工多个球形或椭球形孔，选用特定深度的小孔并限定空间的距离，在非润湿表面的小孔内注射金属液滴，得到的液滴接触角＜90°；当金属液体从上至下流动时，由于同种金属液体之间完全浸润，流动的金属液体会将非润湿表面露出来的金属液滴连接起来，流动的金属液体将会与金属液滴连成一片完整的液膜并覆盖于非润湿固体表面，实现了非润湿表面具有较好润湿性。在固体表面加工球形或椭球形小孔工艺成本高，在小孔内注射金属液滴耗费人力成本，难以工业化推广。

发明内容

现有的实现固体表面液态金属铺展的方法存在一定的缺陷，液态金属置于空气或氧气中氧化后在固体表面润湿性大大增强，有益于实现固体表面液态金属铺展，但液态金属氧化后丧失了液态金属高热导率的优势；在非润湿表面加工多个球形或椭球形孔，在非润湿表面的小孔内注射金属液滴，通过提高液固表面浸润性实现液体大面积铺展，小孔加工工艺成本和液滴注射人力成本较高，工业化推广困难。

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种实现固体片表面镓基液态金属铺展的方法。图2是本发明镓基液态金属在固体片表面铺展的结构示意图，在固体片1表面形成复合结构薄膜2，复合结构薄膜2由Ga₂O₃层21、Ga-O混合层22、金属Ga层23组成，镓基液态金属膜3铺展在金属Ga层23。本发明通过协调固体界面化学组分来改变镓基液态金属在固体表面的润湿性，实现镓基液态金属在固体片表面铺展。本发明制造工艺简单、成本低廉，工艺过程中镓基液态金属不需要氧化，具有很好的可实施性。