随着芯片设计及制造技术的飞速发展,大功率高性能的CPU不断更新迭代,在追求高性能的同时,也给芯片的散热设计带来了巨大的挑战。在现阶段,热界面的存在是芯片散热设计中不可回避的问题,也是高效散热的瓶颈之一。为解决电子设备散热问题,开发高导热性能的热界面材料成为了热管理领域的研究热点。因此,具有高热导率的新兴导热材料液态金属（Liquid Metal,LM）应运而生,同时探明其热物理性质及应用可靠性意义重大,可以为未来液态金属在高性能芯片散热领域的应用推广及技术攻关提供科学依据和理论支撑。本文制备了四种镓基液态金属,通过热导率测试筛选出导热系数最高的Ga62In Sn Ag作为本课题的研究对象,探究了该合金的主要热物理性质;通过对制作的Cu-LM-Ni三明治结构进行不同条件下时效处理,并结合材料微观组织表征研究了其与Cu、Ni的材料相容性;然后对设计的密封散热结构进行了恒温恒湿、高温老化和热冲击等可靠性实验,通过密封材料可靠性、密封可靠性、腐蚀性及热阻测试等实验分析了散热方案的可行性;最后通过拷机测试对比研究了制备的液态金属与一种商业导热硅脂的导热性能。本文的主要结论如下:（1）通过DSC分析发现,元素的微调控对所制备液态金属的熔点影响很小,但合金的过冷度会随着镓元素含量增加而增大,从而导致凝固点降低;通过热导率分析发现,微量Ag元素的添加可以有效提升液态金属的导热性能;在-40～125℃温度范围内的CTE分析中揭示出其热膨胀特征具有阶段性;根据粘度测试可知其为非牛顿流体,探明粘度随着剪切速率的增大而增大,从而得出实际应用时需慢速涂抹以减小粘度;根据润湿实验结果可知,液态金属在Si、Si O2、Cu和Ni四种固体材料表面上均不润湿,减小基板表面粗糙度和升高温度可以改善液态金属的润湿性,但仍然不能从根本上实现润湿,因此提出了在基板上预制一层LM氧化膜实现润湿的方法,为液态金属在实际应用中难润湿给出了可行的解决方案。（2）通过研究材料相容性发现,在60℃下Cu/LM界面反应生成较脆的Cu Ga2IMC层,且该层随着温度的升高不断形成并继续增长,在120℃下出现了少量In2Ag相,150℃时Cu Ga2相会融于熔融合金中形成Ga、In、Sn和Cu元素的富集相;但Ni/LM界面即使在本实验最高温度150℃下保温150 h也不会发生明显的反应。因此在使用镓基液态金属作为散热材料时,不能直接与纯铜材料接触,可以镀镍进行保护。（3）通过缝隙填充能力测试及未密封高温高湿实验结果和分析发现,液态金属在湿度大、轻微振动、较大温度差等特殊工况环境中可能出现开裂、垂直流出、严重氧化等现象,从而提出并设计了液态金属作为热界面材料进行芯片冷却的散热方案;同时优选的密封材料和散热结构可以耐高温高湿、高温老化和热冲击可靠性测试,散热结构有效保护了液态金属并不与其发生反应,进一步验证了散热方案的可行性。（4）通过热阻测试、拷机测试结果和分析发现,可靠性测试后的液态金属制备的试样整体热阻并没有出现明显的上升,再一次验证了密封方案的可行性;拷机测试时,液态金属凭借其更高的热导率和更低的界面热阻表现出了优异的导热性能,比使用商用导热硅脂时CPU空、满载温度差低8℃,下降25%。