随着微电子产品向高密度、集成化发展,3D叠层封装技术成为主流封装方式。键合作为电子封装的核心技术,直接影响了封装的密度和尺寸,传统的熔融键合温度过高,产生的热应力极大降低封装可靠性,因此,适用于3D封装的低温铜铜键合技术成为近年来的研究热点。本文提出了一种新的键合方法,双侧铜微纳米针锥阵列的室温铜铜超声键合技术,两侧铜针锥表层镀有极薄的中间层（锡或银层）,经过短时超声加压,两侧铜针锥互相嵌入,并与中间层相互扩散,形成有效键合界面。与传统键合相比,该键合技术可降低键合温度至室温,大幅降低键合时间至1 s。实验中,通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察键合界面形貌并分析界面成分,通过研究界面形貌演变规律优化键合工艺参数,最优键合条件为:中间层厚度500 nm,键合参数8 Mpa,1 s。本文着重研究了中间层为锡层的超声键合机理。讨论界面I型和II型空洞的形成与闭合规律及铜针锥的微观力学行为,在超声波横向振动摩擦作用下,铜针锥在界面互相嵌入,并通过形变加快空洞闭合。TEM结果证实了形变与扩散反应。通过热处理实验证明超声界面具有高可靠性,长时间热处理后界面形貌和成分没有明显改变,界面单层Cu₃Sn有效提高了机械强度,因此不需要通过热处理来提高界面强度。通过超声波的声空化作用产生热效应,加快界面扩散,气泡的形成和破裂过程中带动原子迁移,形成具有纳米颗粒形貌的IMC。本文提出的超声键合机理为该技术的实际应用提供了理论支撑。