随着小型化、高集成度、多功能的SiC、GaN等大功率器件的不断发展,对芯片封装互连材料有了更高的要求。传统的Sn基无铅钎料因其熔点较低,已经不能满足大功率器件的高温服役要求。因此,需要一种成本较低的钎料能够在低温下实现芯片的连接,同时能够在高温下服役,连接工艺要简单易行。本文设计并使用Sn-Ni的大小颗粒混合钎料,并采取超声波辅助回流的工艺,在温度为250℃,超声作用时间10 s的条件下,实现了200 W的低超声功率键合Ni-Ni基板,得到了由高熔点的Ni₃Sn₄和Ni颗粒组成的致密组织,焊缝内部几乎没有孔洞等缺陷。此外,与单纯的大Ni钎料和小Ni钎料相比,大小颗粒混合钎料的剪切强度最高为45.24 MPa,在经过360 h的老化之后,其焊缝组织几乎没有变化,剪切强度为49.75 MPa。本文还深入探究了超声作用下Ni₃Sn₄化合物快速生长的机理。根据测量Ni颗粒粒径的减少量来等效计算超声作用时,Ni₃Sn₄厚度的增加量,并通过拟合计算得到了超声辅助回流时的时间指数约为n=0.985,接近于直线。与热回流时扩散主导化合物生长机理不同的是,在超声作用的时候,Ni表面的化合物不断被超声波剥离,使得Ni-Sn固液相之间可以始终保持接触,Ni₃Sn₄不断在Ni-Sn界面处形核长大随后被剥离,即是一种不受扩散控制的生长机制,这是短时间内生成大量Ni₃Sn₄的主要原因。探索了掺入Al₂O₃晶须改善混合颗粒钎料热膨胀系数（CTE）的可行性,在钎料中添加0.05 wt.%-0.5 wt.%的Al₂O₃晶须时,钎料的CTE有一定程度的降低,当添加量为0.05 wt.%时效果最好,在50℃和100℃时其CTE分别为2.98×10^-6/K和9.37×10^-6/K,相对更接近SiC的CTE。