残余应力和界面强度是影响薄膜/基底结构性能的两个重要因数。较高的残余应力能够导致一些薄膜/基底结构的破坏。本文利用微尺度扫描X射线衍射法(mSXRD)对金属薄膜屈曲面上的应力分布进行了研究，并利用有限元方法(FEM)对薄膜屈曲的形貌和应力分布进行计算。有限元计算得到的屈曲形貌和光学显微镜观测得到形貌一致。由以上两种方法分别得到了钨薄膜电话线型屈曲和金薄膜圆泡屈曲的应力分布。研究结果表明屈曲上的应力分布由粘附区域到屈曲顶部是一个较强的释放过程。使用光学显微镜观测直线型屈曲到电话线型屈曲的转化过程。利用有限元方法分析直线型屈曲发生二次失稳时的稳定性问题。在有限元模型中引入特征屈曲模态的随机线性组合作为缺陷扰动，来诱发直线型屈曲的二次失稳。由于该扰动是随机的且幅值很小，可以看作是实验中薄膜的粗糙度和不平整度等因素。另外，该扰动方法可以应用于更大的范围得到更复杂的屈曲形貌。界面粘附能是薄膜/基底结构可靠性的重要参数。使用能量方法对直线型屈曲形貌及界面断裂能随宽度变化规律进行推导。采用基于图像信息熵的调焦函数，使用基于光学调焦的三维形貌测试方法(SFF)测试了自发型电话线型屈曲三维微观形貌。该方法所测的电话线型屈曲三维形貌可用于测量该粘附能。使用有限元方法对薄膜屈曲进行稳定性分析，并将得到的形貌结果与SFF测量结果进行比较。分别使用直线屈曲模型和中心固定的圆泡屈曲模型得到的界面粘附能和加载相位角。利用电话线型屈曲边缘薄膜内力对屈曲驱动下的界面脱粘进行研究。对于电话线型屈曲边缘的I型和II型混合裂纹，将其作为稳态扩展考虑。基于断裂的损伤演化判据，将实验结果中的能量释放率GC和断裂类型混合率GII/GT进行拟合，并将拟合所得到的B-K界面断裂准则引入到有限元计算中。利用有限元方法对缺陷处萌生的电话线型屈曲的扩展行为进行研究。利用非线性板壳单元和界面内聚力模型对屈曲的电话线型扩展进行模拟，从而解释其形成机理。