纳米银焊膏,由于可以实现低温烧结,高于烧结温度下应用,逐渐成为高温大功率电子器件封装领域关键互连材料。烧结银互连层在服役期间需要在频繁的温度变化,以及长时间的高温环境中保持安全可靠。然而,封装结构不同材料之间的热膨胀系数不一致将会使烧结银互连层承受热应力,长期的循环热应力容易导致互连层失效,为整个封装结构带来安全隐患。因此,研究纳米银烧结结构在高温复杂载荷条件下的可靠性意义重大。本文采用由纳米银颗粒,微米银片和有机物组成的纳米银焊膏,研究了纳米银烧结致密化过程,提出了适用于基板级互连结构的低压辅助纳米银烧结工艺。通过优化烧结工艺参数,在低于5MPa的压力辅助下烧结得到没有裂纹和界面分层的试样;试样烧结银层呈均匀多孔形貌,平均剪切强度高于50MPa。对纳米银搭接结构进行恒温老化试验,研究了老化温度,老化时间对纳米银搭接结构的微观组织形貌和剪切强度的影响。研究发现,纳米银搭接结构在125℃和225℃老化下性能相对稳定;275℃和350℃的恒温老化时,烧结银层微观形貌的变化和镀银-铜基板的界面氧化现象同时发生,导致搭接结构的失效模式改变,剪切强度退化。采用X射线断层扫描技术(XCT)模拟在线观测纳米银搭接结构的高温蠕变损伤过程,探讨了载荷水平和试样差异性对试样高温蠕变行为的影响。研究发现,在高温蠕变过程中,烧结银层的裂纹扩展过程和蠕变应变-时间曲线相对应,可以分为裂纹缓慢扩展,稳定扩展,快速扩展三个阶段。蠕变载荷作用下试样的失效模式是界面处烧结银层失效,失效时烧结银层发生沿晶断裂,断口没有明显的塑性变形。采用四种寿命预测模型对纳米银搭接结构的蠕变寿命进行预测,通过对比发现Kachanov损伤模型法的预测效果最好。通过对称载荷循环试验,研究了剪应力幅值,温度对纳米银搭接结构滞环宽度,剪应变幅范围以及疲劳寿命的影响,采用Basquin模型可以较好拟合剪应变幅-寿命关系,进行疲劳寿命预测。通过蠕变-棘轮疲劳试验,系统地研究了平均剪应力,剪应力幅值,峰值保载时间和环境温度对纳米银搭接结构高温蠕变-棘轮疲劳行为的影响。将试样的蠕变-棘轮疲劳试验寿命分为疲劳寿命和蠕变寿命两部分。研究发现,试样的疲劳寿命随着环境温度,平均剪应力,剪应力幅值,峰值保载时间的增加而降低,数值上均低于试样在相同载荷下的纯疲劳寿命;由于在卸载和反向加载过程中发生蠕变恢复现象,导致试样的蠕变寿命高于相同载荷水平下的纯蠕变寿命。试样蠕变-棘轮疲劳失效过程是有蠕变变形主导的烧结银层延性耗竭过程。随着试验温度的升高,断口形貌越来越凹凸不平,裂纹数量减少,裂纹的宽度增加。最小平均剪应变率能够综合环境温度,平均剪应变,剪应变幅值和峰值保载时间的影响,与疲劳寿命存在幂律关系;采用最小平均剪应变率模型可以较好地预测纳米银搭接结构的蠕变-棘轮疲劳试验寿命。