低温Cu-Cu键合技术是实现电子器件和三维集成电路电互连、机械支撑和散热的关键技术。目前电子封装正朝着集成化、小型化、多功能化和高功率密度方向发展,对键合技术提出了全新挑战,迫切需要发展新型低温Cu-Cu键合技术。纳米铜膏由于小尺寸效应、成本低、抗电迁移性强、导电导热性优良和耐高温等优势,在低温Cu-Cu键合领域具有重要应用价值。但铜纳米颗粒自发性氧化会降低其键合性能,需借助高温高压和还原性气氛才能实现高质量Cu-Cu键合,严重制约了纳米铜膏在微电子领域的应用和发展。为了降低键合温度和消除铜纳米颗粒氧化,本文从铜纳米颗粒制备及其表面改性出发,围绕着纳米铜膏键合性能开展研究,并其应用于大功率LED器件互连封装,主要研究成果和创新点如下:1)为了降低键合温度,提出羧酸（甲酸和乙二酸）表面改性工艺去除铜纳米颗粒表面氧化物,制备出羧酸改性纳米铜膏用于低温Cu-Cu键合。采用水相还原法制备出平均粒径为65 nm的铜纳米颗粒。羧酸将表面氧化物转化成可低温分解的羧酸铜盐,降低了铜纳米颗粒烧结阻力。羧酸表面改性后,在250°C制备出高强度Cu-Cu接头,且烧结纳米铜层电学性能和力学性能被增强。2)为了降低键合工艺要求和消除表面氧化物,提出还原Cu2+-IPA络合物制备铜纳米颗粒的方法,开发出自还原纳米铜膏用于低温键合。铜纳米颗粒平均粒径为6.5 nm,分散性良好。得益于IPA稳定剂还原性、有机物成分低沸点（<200°C）和超小铜纳米颗粒小尺寸效应,在低温低压（250°C/2 MPa）条件下制备出高质量Cu-Cu接头,键合界面出现冶金化互连结构。3)为了解决纳米金属焊膏高成本和键合层高孔隙率的难题,提出用微纳米复合铜膏代替纳米铜膏作为键合材料用于低温键合。由于纳米颗粒高扩散系数和小尺寸效应,使微纳米复合铜膏保持了良好的低温键合性能,引入微米颗粒又降低了制造成本和键合层孔隙率。优化微纳米颗粒配比后,在250°C制备的Cu-Cu接头剪切强度高达45.6MPa,烧结复合铜层也表现出低电阻率（5.44μΩ·cm）和低孔隙率（2.67%）。在可靠性测试后,Cu-Cu接头仍表现出高强度和良好的热稳定性。4)纳米铜膏具有键合温度低和热导率高等优势,将其成功应用于大功率LED器件互连封装,增强了LED散热性能。采用传热理论分析和COMSOL热学仿真验证了实验结果。研究了键合温度对LED热学和光学性能的影响,并与传统贴片材料进行对比分析。结果表明,250°C键合后,烧结纳米铜层表现出142.37 W/（m·K）的高热导率,LED封装样品也表现出6.58 K/W的低热阻和3.22°C的低结温变化。相比于传统贴片材料,纳米铜膏封装的LED样品表现出更好的散热性能和光学性能。