以薄箔自蔓延反应产热为热源的钎料互连由于其热量高度集中、瞬时温度高、升/降温速度非常快且热影响区小的特点，能解决MEMS器件及高温电子器件中热失配、热敏感材料或器件的封装连接问题。然而局部加热和过高的升/降温速度导致反应互连过程高度非稳态，钎料在极短时间（毫秒级）内完成熔化、润湿铺展及凝固结晶，这一独特的热循环使得焊点中各种反应都不能充分进行，互连组织形貌及其形成机理均不同于传统封装互连。为此，基于Al/Ni纳米薄箔进行自蔓延燃烧反应钎料互连相关研究，所得结果对建立非平衡条件下的钎料互连理论及拓展自蔓延反应钎料互连在电子封装中的应用有重要的理论和实际意义。本文的主要工作如下：　　通过建立三维有限元模型对自蔓延焊点中的温度、应力分布进行仿真计算，研究焊点内的应力集中以及成相结晶和界面反应的热力学条件（热历程、应力历程等）。结果表明，燃烧反应时自蔓延焊点内的瞬时加热和冷却速度可达106~7 K/s且焊点内存在非常高的温度梯度，在此条件下，互连材料将经历两个应力峰，且燃烧反应波周围出现三个应力集中区，其瞬时热应力可达数千兆帕。根据边界条件的不同，自蔓延焊点可分为焊点中心的准稳态燃烧反应区以及焊点边缘和顶角的非稳态燃烧反应区，其瞬时温度、应力场存在明显差异。　　基于不同的钎料、基板和工艺参数开展互连实验和可靠性测试，对自蔓延燃烧反应互连在各类封装应用中的可行性和可靠性进行评估。虽然自蔓延反应钎料互连可以完成Cu、Ni、Si基器件之间的冶金连接，但燃烧反应后所得焊点内会形成五种缺陷，且焊点在外力作用下将发生脆性断裂。结合模拟结果，研究发现整个钎料层需要完全熔化并维持液态超过0.45 ms才能获得可靠焊点，而通过使用低密度绝热基板、轻质高导热钎料或施加适当的预热和压力可有效改善焊点形成时的热动力学条件，促进液态钎料的流动和填充、抑制缺陷的形成，进而提高焊点的互连质量，在提高焊点强度的同时降低孔隙率。　　采用TEM进行微观组织表征，结合模拟所得热动力学条件，重点研究高度非平衡条件下钎料的熔化、迁移、凝固结晶过程以及界面反应过程，探求焊点内晶粒、IMC、偏析等微观组织结构的形成机理，同时通过对自蔓延焊点进行加速老化，探索服役过程中自蔓延焊点内各组织成分和结构的演变过程及其对焊点可靠性的影响规律。研究发现，燃烧反应时 Al/Ni薄箔发生包晶反应释放大量热量并形成纳米级的 NiAl等轴晶，在此过程中，液态钎料通过固-液-对流扩散与薄箔和基板发生非平衡界面反应，形成具有渐变成分的界面扩散层和亚稳态 IMC，钎料层在焊点内温度梯度的作用下快速定向凝固形成定向排布的钎料柱状晶和晶间纳米级亚稳态 IMC，而由于焊点内的反常偏析、液相对流及高瞬时热应力，基板表面的晶粒严重细化且钎料层中出现成分偏析。在后续老化或服役过程中，焊点内的亚稳态纳米相和柱状晶会快速完成平衡化转变并迅速生长，其组织演变过程包括溶解饱和-结晶及平衡化-最终生长等三个阶段，而由于钎料层中孔洞缺陷的填充以及柯肯达尔空洞和裂纹的形成，自蔓延焊点的强度将首先提高再迅速下降，直至达到应力条件所决定的最差水平。