随着电子技术的不断发展,新型电子器件对小型化,集成化的要求越来越高。为满足对高性能电子器件的需求,开发和设计恰当的三维封装结构成为了电子封装研究的一个重要内容,而三维封装的实现需要多级封装工艺。传统的多级封装工艺的实现依靠不同熔点的钎料的次序使用,这带来了极大的工艺复杂度和极高的生产成本,大大限制了三维封装的应用。为了解决上述问题,开发新型连接材料势在必行。新型连接材料的冶金特性在一次重熔后改变,熔化温度范围扩大,有潜力提高焊点在后级连接工艺中的稳定性,满足使用同一材料,同一工艺进行多级封装的需求。综合考虑纳米焊膏烧结工艺,固液互扩散键合工艺和复合钎料钎焊工艺。微米金属颗粒增强的锡基复合钎料具有材料成本低廉,工艺简单,材料灵活多变等优点,本文认为其应用前景最为广泛。因此本文将采用化学还原法制备不同形状和尺寸的微米银和微米铜颗粒,并以此制备锡基复合钎料,探究银/铜微粒增强的锡基复合钎料在多级封装中的应用前景。首先本文通过调整金属盐,还原剂,分散剂,反应温度等参数,使用化学还原法成功地制备了三种微米颗粒,分别是平均直径2μm的微米银片,平均直径1μm的微米银颗粒和微米铜颗粒。分别将上述三种微米颗粒和购买的200目铜粉作为增强相制备锡基复合钎料,通过它们之间的相互对比,定性说明增强相的种类,形状,尺寸对复合钎料使用性能的影响。随后本文对复合钎料的熔化温度,微观组织和机械性能进行了分析。对锡-银-铜相图的分析表明,铜元素含量的增加能够大幅提高钎料体系的熔化结束温度(液相线温度);DSC曲线表明,含铜颗粒的复合钎料经过一次重熔后,熔化温度将发生显著改变,10%质量分数的微米铜可将钎料的熔化结束温度提高13℃。微观结构分析和剪切试验表明,经过短时间的熔化处理,较大尺寸(70μm)的颗粒不能在短时间内与钎料完全反应,会残留一定数量的金属,给器件的服役稳定性带来隐患;而较小尺寸(1-2μm)的银/铜颗粒均能与锡基钎料充分反应,生成精细的金属间化合物结构,从而大幅提高其断裂强度,并且使得钎料的断裂行为转变为脆性断裂。此外,本文对针对铜和锡的热力学和动力学问题进行了理论计算和数学建模分析。热力学计算结果表明,在锡的熔点附近,铜与锡的反应优先生成Cu6Sn5化合物;准平衡条件下的生长动力学表明若Cu6Sn5的生长过程被扩散控制,则其生长将变得极度缓慢,这解释了大尺寸铜颗粒与锡反应的金属残留问题;非平衡动力学的数学建模表明,复合钎料中铜颗粒的最佳含量约为12.5%体积分数,铜颗粒的尺寸对其微观结构的形状没有影响,但较小的颗粒能形成更加精细的结构。