随着全球电子技术飞速发展，微电子封装已成为全球最大的产业之一。近几十年，电子器件正逐渐向微型化、轻便化和智能化发展，其封装技术也进入了高密度、小间距时代。封装后焊料合金与衬底材料形成的冶金连接为电子器件系统提供了必不可少的电气、热传导和机械连接，因此焊料合金的焊接性能直接决定着焊点可靠性，甚至整个电子设备的服役寿命。其中，焊料合金与衬底材料之间良好的润湿行为及适度的界面金属间化合物层是焊点可靠连接的必要保证。尤其随着焊点尺寸的超微化进程，焊料合金与衬底材料之间的润湿性能及产品服役过程中的金属间化合物层生长对焊点可靠性的影响就显得尤为重要。本文以Sn3Ag0.5Cu焊料合金为研究对象，研究了基板上不同镀层元素以及回流温度对焊料在基板上润湿性能的影响，并探讨了不同热应力和电场条件下焊料与基板界面的金属间化合物生长规律。全文主要内容和结论如下：通过在Cu基板表面电镀Ni、Ag、Ni/Ag、Ni/Au层进行润湿试验和微观组织观察，系统研究了镀层元素以及回流温度对Sn3Ag0.5Cu焊料润湿性能的影响。结果表明：相同温度下，Ag镀层增强了焊料在Cu基板表面的润湿性能。这是因为Ag元素较快的扩散速率加快了焊料与基板界面的金属间化合物形核速率，另外扇贝状金属间化合物中的沟槽为基板元素扩散提供了便利通道，促进了金属间化合物的快速形成。Au元素向熔融焊料中的扩散速率更快，AuSn4金属间化合物的快速形成促进了三相线的推移，因此，焊料在Au/Ni/Cu基板上的润湿性能最好。而Ni元素向Sn3Ag0.5Cu焊料中的扩散速率较慢，且Ni/Cu基板与焊料形成的(Ni,Cu)3Sn4金属间化合物没有沟槽状便利通道，因此Ni镀层降低了焊料在Cu基板上的润湿性能。另外，回流温度升高，焊料的粘度与表面张力下降，基板元素的扩散速率以及金属间化合物形成速率不断加快，促进了三相线的推移，进而提高了焊料在Cu基板上的润湿性能。通过对回流之后的印刷电路板组件进行等温时效、热循环与热冲击试验，以研究不同服役温度下Sn3Ag0.5Cu焊料合金与Cu基板界面金属间化合物的生长规律。结果表明：等温时效时，Cu3Sn的生长速率高于Cu6Sn5，这是由于时效过程中，Cu原子与Cu6Sn5反应，并在其界面形成Cu3Sn，致使扩散到焊料与Cu6Sn5界面的Cu原子减少，抑制了Cu6Sn5的生长。而非等温时效时，热应力使焊料发生重结晶，保证了Cu原子的充足供应，因此Cu6Sn5的生长速率比Cu3Sn快。另外，研究发现，当采用等效时间时，等温和非等温时效下的金属间化合物生长规律都可以用幂律关系表示。通过对回流之后的焊点加载电流，以研究电场作用下金属间化合物的生长规律。结果表明：高温低电流密度下，金属间化合物的形貌演变与等温时效类似，其厚度均逐渐增大且其形貌逐渐从扇贝状转变为平面状。另外，由于低电流密度不足以引发电迁移现象的产生，因此阴极处的金属间化合物不仅没有观察到因极性效应引起的空洞，其厚度反而随通电时间逐渐增加。整体而言，化学扩散力和电子风力共同作用促进了金属间化合物的生长。因此，通电时阴极和阳极处化合物的生长速率均大于单纯等温时效时的化合物生长速率，而阳极处化合物的生长速率比阴极大。这是因为阳极处化学扩散力和电子风力方向一致，二者的共同作用促进了化合物的生长，而阴极处二者方向相反，电子风力会抑制其生长。最后，本研究发现，在低电流密度下经典的焊点平均寿命计算方法不适用于倒装芯片焊点的寿命预测，计算得到的寿命比实际寿命短很多。