目前电子封装的互连材料正发生革命性变化,传统的Sn基钎料因熔点低,不能满足第三代半导体大功率器件高温服役的要求。金属纳米颗粒的烧结温度远低于其块体材料的熔点,所制备出的焊纳米膏能够实现“低温连接,高温服役”的目标,近年来受到高度关注。然而由于焊膏中的金属纳米颗粒往往表面包覆有机物,烧结过程中需要施加较大的辅助压力(>1 MPa)和较高的烧结温度(>250℃),不仅极易损坏半导体芯片,而且使薄叠层芯片互连变得尤为困难。由此,寻求一种无压低温烧结工艺是促进纳米焊膏广泛应用的有效途径。本论文基于表面活化的原理,利用氧等离子体和甲醛/氢氧化钠还原性蒸汽两步活化银纳米焊膏,能够有效去除包覆纳米颗粒的有机物和金属表面氧化物,成功实现了纳米银焊膏的无压低温烧结,并确保所制备的焊点具有良好的力学、电学和热学性能。通过材料表征和理论分析,研究不同活化工艺参数对Ag和Cu-Ag纳米焊膏的活化效果的影响,阐述无压低温烧结机理,为功率半导体器件的三维集成提供了一种新的解决方案。分别研究了单步活化(氧等离子体)和两步活化(氧等离子体→还原蒸汽)对银纳米焊膏无压烧结工艺的影响,研究发现两步活化具有更好的效果。采用氧等离子体活化10 s和甲醛/氢氧化钠还原性蒸汽吹扫30 s的两步活化工艺,在200℃的低温条件下可实现低孔隙率(<3%)的无压烧结,焊点剪切强度可达25 MPa,且具有较好导热性和导电性。通过表面分析、形貌表征和综合热行为分析,结果表明经两步活化预处理既能去除银纳米焊膏中多余有机成分,又可以消除氧化银对银纳米焊膏烧结层的各种负面影响,从而使烧结温度从225℃降为194℃,提出了银纳米焊膏的无压低温烧结机理模型。上述方法同时适用于5×5 mm~2和10×10 mm~2的芯片级无压烧结,能有效减少烧结层中的孔洞面积,并提高了其连接层致密度。制备出的粒径为25 nm的Cu-Ag纳米焊膏,研究了两步活化工艺对该焊膏的低温无压烧结作用。结果表明在350℃下无压烧结30 min,两步活化也可有效减少了Cu-Ag纳米焊膏烧结层中的孔洞面积,并且提高了其致密度和剪切强度。