纳米银焊膏凭借其优异的机械、热、电性能,以及简易的烧结工艺等特点,已成为功率半导体器件封装中极具前景的芯片互连材料。然而,银极易发生电化学迁移,导致电子元器件短路失效。随着宽禁带半导体在高温应用和高密度封装的发展,迁移的风险将大大增加。以往集中于常温湿气环境下改善银迁移的机制和方法将不再适用,这对高密度封装的可靠性提出了挑战。有研究学者提出向纳米银焊膏中添加钯粒子来改善银的电化学迁移行为,但其电化学迁移抗性提高有限且Pd属于贵金属,成本高,无法满足大规模商业化降成本的应用要求。因此亟需探究低成本,长寿命的烧结银互连材料可靠应用于功率器件的高密度封装。首先,基于烧结银的高温电化学迁移可能起因于银的氧化与分解,本文提出了在纳米银焊膏中加入氧化亲和力高于银的低成本的硅基颗粒的抑制思路,并制备了两种纳米Ag-Si焊膏和Ag-SiOx焊膏,可实现低温无压烧结连接芯片。随后,通过对比分析研制的烧结Ag-Si和烧结Ag-SiOx在不同温度,不同负载电压和不同电极间距组合的复杂工况下的电化学迁移行为,发现随温度升高,电压增大,电极间距减小,其迁移失效寿命降低。而在相同组合工况下,烧结Ag-Si和烧结Ag-SiOx的电化学迁移失效寿命均远高于烧结银。其中,烧结Ag-0.1%Si的迁移失效寿命是烧结银的5.8倍,烧结Ag-0.2%SiOx的迁移失效寿命是烧结银的2.6倍,烧结Ag-0.1%SiOx的迁移失效寿命是烧结银的1.8倍。基于所获得的寿命数据,本文建立了基于Arrhenius关系的失效寿命预测模型,以预测实际复杂工况下烧结Ag-Si和烧结Ag-SiOx的失效寿命,为功率器件耐高温高密度封装的可靠性设计与增强提供理论指导。同时,我们探究了Si和SiOx微粒的加入对烧结银连接层在高温干燥环境下电化学迁移的抑制机理。分析认为,电化学迁移过程中,得益于Si-O的亲和力高于Ag-O的亲和力,SiO2的形成应优先于Ag2O。这使得Ag纳米粒子不得不在大量Si和SiOx纳米粒子完全氧化后才能被氧化,从而通过延缓银的氧化,进而抑制其发生分解、离子化和迁移,最终显著延长了银的电化学迁移失效寿命。最后,本文还分析了烧结Ag-Si和烧结Ag-SiOx连接层的机械性能、电性能和热性能。结果表明,Si和SiOx微粒的加入虽导致以上性能略有降低,但降低幅度不明显,且均符合工业应用标准要求。这也进一步验证了本文所提出的抑制失效思路和方法的可行性。