电子元器件的小型化和高密度化使得封装互连结构中可能同时存在几种不同尺寸的焊点,不同尺寸焊点具有不同的力学性能和失效特征,由此带来封装焊点尺寸效应问题。同时随着电子封装中大功率元器件的应用,目前常用的SnAgCu系无铅焊料难以满足其苛刻的高温服役性能,因此亟需寻找对具备良好高温可靠性能的封装材料,烧结纳米银焊料是目前很可能大规模用于大功率元器件的封装材料。本文围绕无铅焊点和烧结纳米银焊点的尺寸效应展开研究,重点关注焊点宏观尺寸和微观结构尺寸对断裂性能的影响。首先对焊层厚度为50μm到2mm的三明治结构线状焊点进行微观形貌分析和单轴拉伸断裂测试。发现焊点的金属间化合物（IMC）层生长速率与焊层厚度密切相关,回流焊后小尺寸焊点的IMC层比大尺寸焊点的IMC层薄。对210℃固态和300℃熔融态时效下IMC生长速率的差异进行了比较,发现在固态时效下小尺寸焊点IMC生长速度比大尺寸焊点IMC快,而在熔融态热时效下小尺寸焊点IMC生长速度比大尺寸焊点IMC慢。随着焊层厚度的减小,焊点表现出由韧性断裂转变为脆性断裂。当焊点焊层厚度小于1mm时,H-场断裂准则可有效预测不同厚度的SAC305焊点的拉伸断裂强度。不同宏观尺寸焊点具有不同的微观IMC尺寸,而微观IMC尺寸对焊点界面断裂性能有重要影响。采用固态和熔融态热时效对SAC305焊点连接件界面IMC尺寸进行控制,并测量热时效后焊点断裂韧度。观察到三种典型的断裂模式,包括焊料断裂、IMC/焊料界面断裂和IMC断裂。IMC断裂模式下的断裂韧度随熔融态和固态热时效时间的增加而降低。熔融态热时效后,断裂模式继续保持IMC断裂为主。分析了不同热处理后IMC层的形貌演变并统计晶粒尺寸。IMC晶粒尺寸和形貌结构是影响焊点断裂模式和强度的重要因素。基于尺寸效应理论推导了IMC晶粒尺寸对断裂韧度的影响表达式。230℃熔融态热时效后焊点连接件断裂韧度实验值与尺寸效应预测值吻合。推导的焊点断裂韧度尺寸效应表达式包含微观IMC晶粒尺寸和试件宏观尺寸两部分。当IMC晶粒尺寸不变时,可只研究焊点宏观尺寸对断裂韧度的影响。从实验上验证了推导的焊点断裂韧度尺寸效应方程,认为在考虑焊点断裂韧度数据离散性情况下实验数据能支持尺寸效应理论。焊点断裂韧度数据离散性主要源于焊层中助焊剂残留引起的孔洞。根据多孔材料理论对焊点内部孔隙与断裂韧度之间的关系进行了分析,采用对数平均法对孔洞尺寸进行量化表征,发现在对数坐标系下焊点断裂韧度与有效截面率之间符合理论预测即斜率为1.5的线性关系。并进一步推导了包含孔洞的焊点临界断裂应力表达式,该临界断裂应力与有效断面率成正比,与平均孔洞半径的平方根成反比。研究了烧结复合型纳米银焊点（AgNPs）的断裂韧度。考虑了不同烧结温度和Au、Cu两种基底对纳米银焊点的界面断裂韧度的影响。当烧结温度从200℃升高到250℃时,纳米银焊点的界面断裂韧度有所增加。随着烧结温度从250℃增加到300℃,界面断裂韧度趋于降低。观察到Au/AgNPs和Cu/AgNPs的界面微观结构和孔隙率有显著差异。在Au/AgNPs试件的界面处观察到Au-Ag界面扩散层,而在Cu/AgNP互连的界面处发现氧化物层。在微观和宏观尺度上定量分析纳米银焊点的孔隙率和孔径,采用多孔材料断裂理论模型推导出纳米银焊点界面断裂韧度和孔洞平均尺寸以及孔隙率之间的表达式,该表达式预测值与实验结果相吻合。基于无铅焊点断裂韧度尺寸效应表达式可以推断纳米银焊点同样存在宏观尺寸效应问题。对200℃和250℃下纳米银焊点的断裂韧度进行了分析,纳米银焊点断裂韧度受宏观尺寸效应的影响要强于无铅焊点。对数坐标系下200℃烧结的纳米银焊点断裂韧度与试件宏观尺寸之间斜率为1.01,而对于无铅焊点IMC界面断裂情况下这个斜率则测试值为0.38。在250℃下烧结的纳米银焊点Cu基底有明显氧化层导致出现氧化层断裂模式,焊点断裂韧度随着试件宏观尺寸减小而下降。