第三代半导体有着非常广阔的发展及应用前景,但对封装散热提出更高的要求。半导体封装结构中,芯片产生的热量首先通过固晶材料传导到基板和散热器,再由散热器传到外界环境。由于芯片散热面积小,芯片与基板间的固晶材料成为散热瓶颈。同时将基板的高热量有效带出封装系统也至关重要。本文研发提出一种新型固晶材料,并采用纳米流体水冷散热方式解决第三代半导体封装的散热问题。新型固晶材料为三维石墨烯铜基复合材料,研究采用氧等离子表面处理石墨烯和电沉积纳米铜颗粒的方法,强化石墨烯-纳米铜复合固晶材料的导热性能。水冷散热采用水基石墨烯纳米流体作为介质,实验探究了氧等离子体对石墨烯纳米流体热物性的影响,并进行了机理分析。研究发现,氧等离子体表面处理成功在石墨烯上植入含氧官能团,改善了石墨烯与水溶液的润湿性。促进三维石墨烯表面均匀电化学沉积纳米铜颗粒,改善了石墨烯与铜之间的界面热传递。电化学沉积纳米铜颗粒的方法,可有效强化石墨烯-纳米铜界面热传递,使烧结后复合材料的热导率提高到113.2W/m?K,比纯烧结纳米铜材料的热导率高了166.7%。同时发现,少量(0.375wt%)、小尺寸(0.25cm?0.25cm)的三维石墨烯更有利于强化固晶材料导热性能。同时,氧等离子体表面处理改善了石墨烯纳米流体的分散稳定性,zeta电位值达到-35.6m V。含量为0.1wt%的石墨烯纳米流体导热率为0.92W/m?K,比去离子水的热导率提高了50.8%。最后将水基石墨烯纳米流体应用到大功率LED散热,有效保证LED工作时温度保持稳定,低于不使用纳米流体散热的LED温度25℃。