集成电力电子模块的高功率密度、高可靠性的需求对芯片级互连技术提出了更高的要求。纳米银焊膏因为烧结温度低,工作温度高,优良的导电导热性能而逐渐替代传统的焊料合金,成为目前最受关注的芯片互连材料。但是存在于纳米银焊膏中,用来防止纳米银颗粒团聚的分散剂一定程度上提高了烧结温度;且纳米银颗粒的制作成本较高。这些都阻碍了纳米银焊膏的市场化推广。同时,对于纳米银焊膏的应用连接基板,铜基板可避免镀层工序和基板与镀层间的裂纹,成为芯片互连的关注热点。但是铜易氧化的性质和银铜间晶格常数的不匹配使得裸铜连接成为研究难点。本文提出一种微-纳颗粒混合银焊膏,通过低温无压烧结,实现裸铜连接。通过热重和拉曼测试方法研究烧结气氛对焊膏热解行为的影响,结果表明氧是焊膏实现低温烧结的必要条件。以剪切强度和瞬态热阻为表征手段,定量研究烧结气氛中的氧含量对裸铜接头烧结层和界面连接质量的影响。结果表明在烧结气氛为空气时,265°C烧结裸铜接头性能最佳(剪切强度53 MPa,瞬态热阻0.132°C/W)。低真空烧结时,在氧含量为5×10~3 ppm,烧结温度为265°C的条件下,接头热力性能要优于空气烧结的结果(剪切强度64 MPa,瞬态热阻0.114°C/W)。微观分析表明纳米银颗粒和多孔烧结层的结构使得银和铜或铜氧化物可通过元素互扩散产生化学键合。为了衡量采用本焊膏和上述工艺得到的空气烧结和低真空烧结裸铜接头在实际应用的可靠性,本文进一步实施了温度循环可靠性测试。结果表明低真空裸铜接头在低真空中的抗温度循环能力要优于空气烧结裸铜接头。这是由于氧化物的缺失,减少了接头各层材料间由于热膨胀系数不同产生的热应力。根据空气烧结和低真空烧结裸铜接头的断裂方式、烧结层的微观结构和界面的扩散行为,本文提出了微-纳颗粒混合银焊膏的烧结机理,不同氧含量下的界面连接机理,并分析了裸铜接头在空气中和低真空中的老化失效行为。