纳米银焊膏作为一种新型无铅化封装互连材料,具有优良的高温机械性能、导电性能以及导热性能,可满足大功率半导体器件的高温、高密度封装要求,已受到广泛关注。以往针对该材料的工艺研究主要集中于热压烧结连接工艺及其接头性能方面。但热压烧结连接工艺相对复杂,工艺时间长。因此本文重点研究一种快速烧结方法—电流辅助烧结工艺,可在1秒内完成烧结互连并获得高强度的接头。首先,本文基于红外热像检测技术,通过搭建实时温度检测系统,检测并记录快速烧结过程中焊膏层的温度分布及演化。结果表明:焊膏层温度分为五个阶段:快速升温阶段、缓慢升温阶段、温度平衡阶段、快速降温阶段和缓慢降温阶段。这五个阶段可以通过调节通电电流和通电时间来控制。随后,本文分别研究了不同基材、通电电流和通电时间对烧结连接工艺过程中焊膏层温度变化、烧结接头剪切强度及剪切断口的作用规律。结果表明:当焊层峰值温度高于325℃且通电时间大于400 ms时,焊膏层能够实现高度致密化烧结,形成可靠的烧结银接头。随着峰值温度的上升,接头的剪切强度也不断增大;随着通电时间的延长,接头剪切强度先快速增加,随后增长缓慢,并最终达到饱和,甚至略有降低。除此之外,本文还以通电电流为直流6 k A为例,分析并讨论了不同通电时间的烧结银接头的横截面的微观形貌,包括颗粒大小、空隙大小及空隙形状等。随后结合烧结工艺温度的实时测量值,讨论并提出了电流辅助烧结纳米银焊膏的可能物理机制。本文认为,电流辅助烧结纳米银焊膏的互连工艺可分三个阶段:(1)纳米银颗粒的重排:焊膏中有机物迅速挥发促使纳米银颗粒紧密排列,有助于实现烧结接头的快速收缩;(2)局部液相促进烧结致密化:部分纳米银颗粒由于局部高温发生局部熔化现象,此时毛细引力促使邻近颗粒排列更加紧密,颗粒之间的液相薄膜会加速银原子的相互扩散,颗粒颈连程度明显;(3)塑性变形促进致密化:当焊膏层平均温度升高到400℃时,塑性变形致密化机制将成为主导,变形的颗粒将分割、填充大的孔洞,促使烧结接头可以在短时间内实现烧结的快速收缩,而且高温下接头中的微观缺陷也会加速消失使烧结接头更致密,最终烧结银接头的剪切强度达到50 MPa以上。最后,本文通过对比电流辅助烧结银接头和热压烧结银接头的循环剪切疲劳行为,发现电流辅助烧结银接头的疲劳老化寿命明显延长,验证了电流辅助烧结银接头较之热压烧结银接头具有更优异的抗疲劳老化性能。