功率半导体器件在电子行业中提供了电能转换和电路控制等功能，在近年来起着越来越关键的作用。随着功率器件朝着高频快速响应、高集成度以及高功率转换效率等方向不断发展，大功率器件中芯片的工作结温也随之逐渐升高，传统的封装材料及工艺已难以满足大功率芯片高密度封装互连的性能要求。纳米铜介质材料凭借其优良的导电导热性能、良好的抗电迁移性、较低的经济成本等特点，成为了有相当应用前景的新一代芯片互连材料，并通过低温烧结铜纳米颗粒可实现互连结构高温服役的目标。基于烧结铜纳米颗粒的低温铜-铜互连技术在近十年中成为了国内外学者及相关企业的研究热点。然而，大功率器件中的芯片可能会遭遇高温、冷热冲击甚至极温循环的热环境，对应互连结构的热稳定性对于功率器件整体的封装性能和服役可靠性有着至关重要的影响。因此，研究基于低温烧结纳米铜焊膏的全铜互连结构的热可靠性，可以为未来大功率芯片高密度全铜互连封装技术的实际应用提供理论支撑和科学依据。
　　本文通过优化工艺参数实现自制备铜纳米颗粒，并将优化后合成的铜纳米颗粒进行微观表征及其烧结性能研究；通过低温低压快速烧结工艺制备全铜互连结构，并对其进行了热可靠性评价，主要分恒温老化实验和热冲击实验，然后对互连结构试样进行剪切强度测试，结合微观组织表征和理论分析研究不同热环境对全铜互连结构连接性能的影响规律。本文的主要结论有以下几点：
　　①通过调整多元醇法中所用的化学试剂和合成工艺参数，制备出了形貌呈近球状的铜纳米颗粒，粒径范围在10-35nm之间，平均粒径尺寸为21.44nm；颗粒表面有一定的有机层包覆，对颗粒起到了分散和防止过分氧化的作用；自制备的铜纳米颗粒具有良好的可烧结性，在烧结温度为280℃、烧结压力为6MPa、烧结时长为10min的空气环境下快速烧结的全铜互连结构获得了较高的连接强度，平均剪切强度为25.99MPa；焊膏中有机溶剂可显著降低初始烧结温度，并且适当地提升烧结温度有利于强化烧结组织，从而提升互连结构的连接强度。
　　②老化气氛对全铜互连结构的连接强度有显著的影响。经长期空气老化后，互连结构由于受到严重的氧化作用，烧结组织变得疏松，导致连接强度衰减，220℃烧结的互连结构，其平均剪切强度最低降至5.12MPa；经长期真空老化后，互连结构中形成了大面积的微互连结构，烧结组织发生了致密化作用，导致连接强度升高，280℃烧结的互连结构，其平均剪切强度最高升至20.03MPa；在低氧环境下，颗粒表面的有机层的挥发缓慢，可以一定时间内的起到持续的抗氧化作用，并且颗粒间的铜原子在长期恒温低氧条件下可发生充分的互扩散，促使烧结组织致密化，从而强化全铜互连结构的互连性。
　　③热冲击条件对全铜互连结构的热稳定性具有一定程度地影响。全铜互连结构的连接强度随热冲击循环次数呈现先降低后微幅增加的走势，1000次循环后经空气烧结和真空烧结制备的互连结构均维持良好的连接强度，平均剪切强度分别为23.24MPa和25.01MPa。烧结层中的微孔隙会一定程度地影响全铜互连结构的导电性能，而烧结组织的氧化程度和孔隙率会共同影响全铜互连结构的互连性能。互连结构经热冲击循环后，烧结组织会发生由疏松到致密的变化过程，并最终会形成铜+铜氧化物的混合微互连结构。