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SiC陶瓷作为性能优异的结构材料被广泛应用在航空航天领域,同时由于其具有低热膨胀系数和高热导率的良好特性,其与Cu的复合结构在电子封装领域中也有广泛的应用。常规陶瓷活性钎焊方法需要高温高真空的条件且存在接头残余应力大的问题。电子领域应用的陶瓷材料封装有着低温连接的技术需求,由于陶瓷材料低温条件下难润湿,传统低温封装只能采用间接钎焊的方法。本文着重克服接头热应力大和连接体系低温润湿结合困难的难题,采用超声辅助活性软钎焊方法实现了SiC陶瓷自身及与Cu的高可靠直接钎焊,阐明了钎焊接头界面反应结合机理,揭示了超声加速界面反应的主控因素,通过调控工艺参数实现了对接头界面结构的优化和力学性能的提升。采用含活性Al的Zn基钎料对SiC陶瓷进行钎焊,研究了超声作用对接头组织和性能的影响,确定了接头典型界面组织并提出了接头增强机理。采用Zn5Al钎料SiC陶瓷时,当超声时间较短时,接头剪切强度仅为102MPa,剪切断口出现在结合层脆性的片层状共晶组织中,延长超声时间,结合层中层片状共晶组织完全转变为细小的非片状共晶,且结合层晶粒被显著细化,使接头的剪切强度提高至138MPa,与采用Zn5Al3Cu钎料时SiC陶瓷钎焊接头的剪切强度相当。接头力学性能的提高归因于结合层晶粒的细化和共晶组织的改变,超声空化引起的异质形核增强是超声作用下接头结合层组织细化的主要机制。为确定ZnAl/SiC体系界面结合机制,利用FIB/TEM分析手段表征了结合界面结构,证实界面处生成了纳米厚度的非晶Al2O3过渡层,研究了超声时间对界面结构的影响,归纳了界面处Al2O3反应层形成分为二个阶段:第一阶段是钎料中活性Al与SiC陶瓷表面氧化膜SiO2的置换反应;第二阶段是活性Al与熔体中溶解的氧的沉积反应。对比了有无超声作用下的界面反应特征,并基于反应热力学分析,证实了超声对界面反应的加速作用。采用有限元模拟方法研究了超声钎焊时窄间隙熔体内声压分布规律及影响因素,钎料熔体内声压场空间上呈正负压区域交替分布,超声振幅的改变不影响声压场分布特征,但振幅增加,声压幅值提高;改变固体母材搭接长度,声压场分布规律发生明显变化。通过求解Keller-Miksis方程研究了超声激励下熔体中空泡的生长特性和超声空化现象影响因素,当驱动声压较小时发生稳态空化,空化泡生长表现为非线性振荡,且振荡可以延续多个声波周期;驱动声压超过空化阈值后,空泡在一个声波周期内经历从爆发性生长到剧烈破裂的过程,在每个周期内,空泡半径会有几个数量级的变化,并最终在声正压作用下迅速溃灭,即发生瞬态空化。在特定声压条件下,初始空泡半径接近共振尺寸的空泡有利于产生剧烈的瞬态空化。稳态空化对泡内气体温度和压力影响极其微小,瞬态空化时空泡破裂过程会产生极高的温度和压力辐射效应。基于以上结果,证实了本试验条件下窄间隙熔体中产生了强烈的声空化效应。随后研究了超声空化效应对固/液界面的影响,确定了声空化产生的高压效应是超声加速界面化学反应的主控因素。最后提出了ZnAl/SiC体系的界面反应结合机理。为了进一步降低钎焊温度,采用低熔点的Sn基钎料进行SiC陶瓷的钎焊,研究了超声作用下界面结构的演变规律。采用SnZnAl钎料时,钎焊温度为230°C,陶瓷侧界面结构随超声时间的延长由SiC/SiO2/SnZnAl转变为SiC/Al2O3/SnZnAl,当超声时间为4s时,接头剪切强度达到最高值44MPa。基于Ti高反应活性的特点,采用SnAgTi钎料实现了SiC陶瓷的超快速钎焊,钎焊温度为250°C,超声时间仅0.1s,接头强度可达约28MPa,可满足多数电子器件封装的使用需求。Ti很容易在界面发生化学吸附,并在超声作用下与SiC陶瓷表面的SiO2发生化学反应,利用界面反应生成的非晶过渡层TiO2实现异质界面的结合。采用ZnAl钎料钎焊SiC陶瓷和Cu,结果发现,Cu侧界面反应层CuZn4和Cu5Zn8中萌生微裂纹从而导致接头强度降低,这主要归因于接头较高的残余应力和近Cu侧界面处脆性金属间化合物的生成。采用SnZnAl钎料来钎焊SiC陶瓷和Cu,确定了Cu侧界面结合机制,并建立了界面组织-力学性能的对应关系,接头最高强度可达38MPa。采用有限元模拟方法评价了接头的残余应力,结果发现,SiC/SnZnAl/Cu接头的最大残余应力比SiC/ZnAl/Cu接头降低了330MPa,钎焊温度的降低和Sn基钎料优异的塑性变形能力是接头残余应力缓解的主要原因。