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低温共烧陶瓷(Low Temperature Co—fired Ceramic，简称LTCC)是一种新型的微系统封装基板材料，由于其优异的力学、热学和电学性能，已经逐渐地应用在微电子封装、多层互连基板和系统级封装中。然而，对其微观结构和力学性能的研究还很少，更未见LTCC基板内复杂微流道散热的研究报道。因此，本论文工作对于充分认识LTCC基板的性能和工程应用具有重要的现实意义。本文采取实验、数值模拟和理论分析相结合的方法，重点研究了LTCC基板的微观结构、力学性能以及内嵌微流道中流体的运动与散热问题。进一步研究了LTCC基板中常用辅助封装材料—环氧树脂及纳米颗粒填充环氧树脂基复合材料的力学性能。
采用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射测定了LTCC基板的成分和微观结构，研究发现LTCC基板为各向同性的颗粒填充型复合材料，形状不规则、平均半径为0.71μm的氧化铝颗粒均匀地分散在基体(氧化硅与氧化铝的混合物)中。通过三点弯曲、IM法(Indentation Method，也称为压痕法)、纳米压痕实验成功测定了LTCC基板的杨氏模量、硬度、弯曲强度和断裂韧性。并且利用准静态纳米压痕和模量成像实验单独测量了颗粒与基体的杨氏模量和硬度。应用细观力学方法准确预测了复合材料的杨氏模量，理论与实验结果吻合良好。
进一步通过实验测量、理论分析和有限元仿真研究了微空腔和微流道对LTCC基板强度的影响，讨论了微空腔和微流道的走向、位置、数目对基板强度以及三维基板加工工艺对基板微观结构的影响。在利用内嵌微流道对LTCC基板进行散热的研究中，主要讨论了微流道的分布方式、入口处水的质量流量和热源的热流密度对微流道中的流体运动和散热效果的影响，并对温度场、液体压差和流体速度场进行了仿真，实现了对内嵌六种不同微流道的LTCC基板散热性能的预测。独立开发设计了一套测量散热效果的实验装置。
在辅助封装材料的研究中，采用动态纳米压痕方法研究了环氧树脂和纳米氧化硅颗粒填充环氧树脂复合材料的粘弹性性能。获得了颗粒含量、载荷频率和载荷大小对材料粘弹性的影响规律，并与宏观的拉伸、弯曲和动态力学热分析实验进行了比较。进而采用细观力学分析方法准确预测了复合材料的杨氏模量。