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焊点不仅为电子元器件提供机械连接，而且是电流通道，其可靠性对电子整机的正常运转具有重要作用，焊点的力学性能与焊点内部组织密切相关，同时受加载条件影响。本文设计了一系列试验方法，研究了无铅焊料/铜焊点的微观组织演化规律，揭示了焊点在多种加载方式下的变形、损伤与破坏行为，分析了影响焊点可靠性的因素。 采用扫描电子显微镜和原位拉伸台相结合的方法，跟踪观测了Sn3Cu/Cu焊点的拉伸和剪切变形行为。在拉伸过程中，界面化合物附近应力集中最为严重，微裂纹往往在Cu6Sn5/Sn界面附近萌生并沿一定角度向焊料内部扩展，最后断裂发生在Cu6Sn5/焊料界面附近。剪切过程中，焊点的边角处最先开裂，剪切变形过程中观察到晶粒的转动和细化破碎。通过进行Sn3Cu/Cu焊点几何尺寸与剪切强度关系实验，结合剪切过程原位观察结果和强度理论，提出了焊点剪切强度与几何尺寸之间的关系式，焊点的剪切强度不仅与焊料本身的性能有关，还与焊点内焊料高度与宽度之比有关，随着焊点高宽比的减小，剪切强度增大，断裂模式逐渐由Sn的韧性断裂过渡为包含Sn的韧性断裂和Cu6Sn5的脆性断裂的混合断裂。 通过改变回流时间、冷却速度和时效处理等方法获得了Sn3Ag0.5Cu/Cu焊点不同形貌的微观组织，研究了金属间化合物的生长行为以及微观组织与加载速率对焊点强度的影响。Sn3Ag0.5Cu焊点的微观组织主要包括焊接界面的金属间化合物层、焊料中的β-Sn树枝晶以及分布于β-Sn枝晶之间的Ag3Sn化合物和Cu6Sn5化合物。界面化合物层Cu6Sn5的厚度和粒径与回流时间的立方根成正比，时效处理后界面化合物层Cu6Sn5的厚度增加，晶粒间隙明显减小。回流态组织中Ag3Sn化合物呈颗粒状或树枝状形貌，Ag3Sn化合物总体呈网络状均匀分布在焊料内部，而经历高温时效后，网络状的分布状态被打破，Ag3Sn化合物演化成粗棒状形貌。界面化合物层形成于回流过程中，而焊料内部的金属间化合物主要形成于凝固过程中。回流过程中界面Cu6Sn5的形成伴随着Sn的消耗，Sn3Ag0.5Cu焊料内出现局部的富Cu区和富Ag区，凝固过程中焊料内部富Cu区出现Cu6Sn5化合物的形核与长大，富Ag区内Ag3Sn化合物形核长大。降低冷却速率，Ag3Sn化合物的尺寸增大，其形貌由树枝状演化为薄板状，但仍保持网络状分布状态。低应变速率条件下，焊点的抗拉强度主要由焊料决定，焊点在变形过程中应变主要由β-Sn承担，Ag3Sn起到强化作用，高温时效后，β-Sn晶粒粗化长大，Ag3Sn的网络状分布状态被打破，且Ag3Sn化合物的尺寸形貌明显改变，阻碍位错运动的强化作用大大减弱，使得焊点的强度降低。加载速率能够影响焊点的抗拉强度和断裂模式，提高加载速率，焊点抗拉强度增大，Sn3Ag0.5Cu/Cu焊点的断裂模式由韧性断裂逐渐向韧性断裂和脆性断裂相混合的断裂模式转变。 在热疲劳过程中，焊点的可靠性与焊料组织、界面化合物层厚度和应力加载方式有关，回流态焊点内β-Sn晶粒、Ag3Sn和Cu6Sn5化合物尺寸较小，界面化合物层比较薄，焊点的热疲劳失效断裂主要是由于β-Sn热膨胀系数的各向异性引起的，微裂纹产生于β-Sn晶界处，并沿晶界扩展。时效态焊点组织发生改变，焊料内部Ag3Sn化合物粗化，强化作用减弱，界面化合物层增厚，在铜基体与Cu6Sn5化合物层之间形成新的Cu3Sn化合物层，界面化合物层体积分数增加，导致应变积累迅速，而Cu6Sn5本身比较脆，当应变累积到一定程度时，界面Cu6Sn5化合物发生脆性断裂。 通过向Sn3Ag0.5Cu焊锡膏中添加纳米Y2O3制备了一种复合焊料，研究了添加纳米粒子对焊接界面化合物层Cu6Sn5生长行为的影响，研究发现添加纳米粒子能够抑制界面Cu6Sn5的生长速度。纳米粒子具有大的比表面积，容易产生吸附效应。分布于Cu原子扩散路径上的纳米粒子能够阻碍Cu原子的扩散行为，相当于提高了扩散激活能，从而降低了Cu6Sn5晶粒的生长速度。拉伸和剪切测试结果表明:添加纳米氧化钇后焊点的抗拉强度和剪切强度都得到一定提高。低应变速率条件下，焊料内微裂纹的萌生源于位错过度塞积而引发的高应力集中，添加纳米氧化钇后，位错绕过第二相粒子的临界切应力提高，有效防止了位错的过度塞积，从而起到强化作用。