本文研究工作主要围绕无铅焊接及其可靠性展开,论文分为两个大的部分。 第一部分系统研究了焊接层中孔洞对热阻和热机械应力的影响,以及影响孔洞形成的因素。结果表明,空洞率对热阻影响显著,空洞位置对热阻的影响不大,以10%空洞为例,不同典型位置空洞导致热阻的差别小于1%。当空洞处于焊接层中央位置时,空洞率对焊接层等效塑性应变的大小及分布影响较小。和空洞大小相比,空洞位置对焊接层内等效塑性应变的分布有一定的影响。 在现有试验设计及参数窗口内,焊料的种类,回流曲线,焊盘和器件的镀层种类及其氧化程度和焊料高度对焊接层空洞率的影响都比较小,最大空洞率不超过5%。焊接层中空洞较大的样品不论是空洞的生长还是分层及疲劳裂纹都比空洞率较小的样品严重。但是空洞率为33%—48%的试验样品的寿命超过2500热冲击周期。这与模拟结果符合,即焊接层中的空洞率对焊接层热机械可靠性影响较小。 论文第二部分主要探讨了不同构型下形成的金属间化合物（Intermetallic compound,IMC）在时效及热冲击过程中的演变。 在125℃的高温时效过程中,当Cu₆Sn₅ IMC的初始粒度较小时,Cu₆Sn₅ IMC迅速长大。当Cu₆Sn₅ IMC的初始粒度较大时,Cu₆Sn₅ IMC的粒度变化不明显。 在热冲击实验中,当器件端为Cu热沉,PCB板上使用NiAu镀层时,界面（Cu,Ni）₆Sn₅长大,但整体形貌没有明显的变化。当PCB板上使用HASL镀层时,界面两层IMC Cu₆Sn₅和Cu₃Sn的厚度同时长大,形貌由贝壳状转变成层状。 当器件端为Cu热沉,PCB板上采用HASL镀层时,在时效和热冲击过程中,界面有Kirkendall孔洞形成,并且Kirkendall孔洞在器件/焊料界面的聚集成为热冲击失效的主要原因。当PCB板上采用NiAu镀层时,直到热冲击2500周界面都没有发现Kirkendall孔洞。