随着第三代半导体的发展,工业界对于功率器件的开关频率,电压和功率有更高的要求,这也意味着未来功率器件的封装需要承受更高的工作温度及更大的功率密度。纳米铜材料得益于自身极佳的热电性质,以及纳米材料可低温烧结的特性,研究纳米铜在功率器件封装中的应用具有很大的实用前景和价值。本文针对纳米铜烧结型器件的互连工艺和可靠性这两方面问题进行了研究。第一方面,本文从烧结温度、烧结氛围、互连界面和烧结压强这四个角度对互连工艺进行参数优化,提出了一套纳米铜烧结型器件的互连工艺。在相关试验中,主要有以下几点发现。（1）当烧结温度从240℃升温到300℃时,纳米铜颗粒的烧结程度和焊膏中有机物载体的反应速率会得到提升。当烧结温度在300℃时,可以在避免高温对器件损伤的前提下,实现有效的芯片互连,获得较好的焊层致密度。（2）在烧结过程中H2的参与可以对氧化铜起到不错的还原效果,但是随着浓度的提升,焊层的孔隙率也在逐步增大。当烧结气氛为15%H2和85%Ar时,能获得最优的烧结质量。（3）互连界面的选择是器件能否互连的前提,Ni、Cu和Ag都能使得器件成功互连,互连界面为Cu时,器件的剪切强度达到最大,为12.03MPa。（4）在0-0.52MPa范围内,烧结压强的增加有助于降低焊层在烧结过程中产生的孔隙,器件内部会形成紧密连接。当只在烧结过程中施压0.52MPa时,此时制备的器件的烧结质量最好,剪切强度可以达到11.5MPa。在烧结温度300℃,烧结气氛为15%H2和85%Ar,互连界面为Cu,烧结压强为0.52MPa,施加阶段为烧结阶段的试验条件下,制备出最终成品器件,经过相关试验,验证了该互连工艺的可行性。-第二方面,本文对此工艺下制备的纳米铜烧结型器件进行可靠性研究,研究了焊层孔洞对应力分布的影响。通过有限元仿真建立器件模型,添加热力耦合物理场,进行50周期温度冲击试验。可靠性测试周期为1000周期,每周期时长为1h。接着对器件进行1000周期温度冲击试验。在温度冲击试验过程中,器件的热阻会在0-200周期下降,200-1000周期内逐步上升。结合有限元仿真和孔隙率测试,发现热阻的变化和焊层中的孔隙有关。可靠性试验初期,焊层中的烧结残余应力得到释放,焊层内部结构质量得到提升,之后温度冲击会在焊层中产生新的应力,接头质量随之下降。焊层中的孔隙在可靠性测试中,其周围区域会产生应力集中现象,随着试验周期的增加,孔隙的体积得到生长。焊层中初始孔隙的位置也会对应力的分布造成不同影响,当孔隙在边缘位置时,其对周围焊层的影响要大于中心位置的孔隙。