随着半导体集成电路(IC, Integrated Circuit)技术的发展，电子封装通过不断缩小尺寸来获得更高的封装密度并促成了一系列的技术改进和突破，具有高密度、高可靠性和优异电性能等特点的BGA(Ball Grid Array)封装技术便是其中之一。典型的BGA器件多利用分布在底面的钎料凸台阵列作为 I/O(Input/Output)端口，因此针对钎料凸台阵列的互连技术成为了BGA器件封装的关键技术之一。目前工业界使用的BGA封装互连技术主要是再流软钎焊技术。但在再流软钎焊过程中，由于长时间暴露于高温环境下,器件和基板很可能会发生变形进而降低互连焊点的可靠性。此外，在利用再流软钎焊对一些温度敏感器件互连时，高温也可能会对器件造成热损伤。　　本文利用超声波在室温下快速实现了钎料凸台阵列器件的互连，彻底避免了再流软钎焊工艺中高温加热对互连可靠性的负面影响，并分别从超声工艺特性、摩擦产热效应、钎料凸台热变形、界面冶金反应、焊点可靠性能等方面对超声互连的接合机制展开了细致的研究。　　本文利用激光多普勒测振仪(LDV, Laser Doppler Vibrometer)测定了超声互连过程中试件体系的振动幅度、振动速度和振动加速度，明确了超声能量的衰减特性，并据此选择了适当的设备参数。通过对超声互连过程中钎料凸台内部不同位置温升情况的实时监测，发现了接合界面的振动摩擦会对钎料凸台产生加热作用，但整个钎料凸台内部的温度场呈现梯度分布，并且只有靠近接合界面附近的10μm~20μm厚的区域内的温升可以达到钎料熔点以上，进而发生局部熔化形成液相钎料薄层，但钎料凸台内部其他大部分的区域始却终保持固态。　　对于钎料凸台内部大部分没有熔化的区域会在超声互连过程中受正向压力和超声振动的作用发生塑性变形。由于这些区域的温升超过了钎料 Sn基体本身的再结晶温度，因此发生的塑性变形将是一个热变形过程。通过对钎料凸台在正向压力和超声振动载荷下的有限元数值模拟，证明了在钎料凸台内靠近互连界面附近的“扣碗”型区域内应变和应力最为集中，形成了发生局部动态再结晶的驱动力。　　对于界面附近形成的熔化钎料薄层，其将与Cu金属焊盘发生冶金反应形成接合。超声波将在固/液界面附近引发空化现象并对形成的Cu6Sn5金属间化合物产生剥蚀作用，这将干扰Cu6Sn5晶粒的生长并最终抑制超声焊点中界面处Cu6Sn5金属间化合物的尺寸。本文还发现Cu6Sn5的尺寸对焊点的剪切强度有直接影响，超声互连时间越长，金属间化合物尺寸越大，焊点剪切强度反而越小。　　另外，为提高在高温环境下服役的电子产品中焊点的可靠性，本文还开发了在室温下利用超声波快速形成高熔点金属间化合物（IMCs, Intermetallic Compounds）接头的互连新方法。与传统过渡液相(TLP,Transient Liquid Phase)焊接技术相比，形成全金属间化合物接头的时间被大幅缩短至几秒钟，提高了互连接合工艺的效率，更避免了高温环境下过长时间的等温凝固可能对器件可靠性造成的不利影响。　　本文研究了在室温下利用超声互连技术快速形成均质的Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物接头的界面接合机制，发现了超声互连方法能够快速形成金属间化合物接头的关键在于超声空化现象对金属基板与液相钎料间溶解扩散的促进作用。实验证明，与传统钎料接头相比，均质Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物接头具有更高的机械和电学性能。