随着微电子产品向高性能、集成化方向发展，3D叠层封装被认为是下一代封装技术的主流。键合工艺作为电子封装技术的核心，直接影响着封装密度、效率、成本及可靠性。传统熔融键合因工艺温度较高，产生的残余热应力会严重影响封装的可靠性，因此，适用于3D叠层封装的低温键合技术成为近年来的研究热点。本课题提出一种新的键合方法——基于微纳米针锥的超声键合技术，即在键合面两侧分别形成软焊层和镍微纳米针锥层，经过短时超声加压，将表面微纳米针锥嵌入软焊层中，以实现键合。与传统热压键合相比，该工艺可在室温大气条件下进行，键合压力较小，且键合时间被大幅缩短。引入的超声振动有效地改善了由于不完全压入而形成的界面空洞，进而提高了键合的质量与可靠性。在实验中，分别选取平面锡层和Sn-Ag-Cu焊球作为软焊层，通过对各种参数的调整，确定了最优化的工艺条件。本文借助扫描隧道电子显微镜和高分辨透射电子显微镜对键合界面形貌进行研究，讨论了界面空洞、形变、破碎和摩擦等现象，阐释了超声振动对键合界面的影响。本文分析了界面扩散反应，在扩散层发现了两种不同的金属间化合物，并通过高温热处理实验，进一步讨论了键合界面金属间化合物的生长问题。基于对界面形貌的分析，围绕镍微纳米针锥的特点，本文提出了尖端压入-空洞闭合的界面形成模型，为该技术的实际应用打下了良好的理论基础。