随着大功率器件IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）和LED（Light-emitting Diode）的逐步推广和应用,封装体密度越来越高,焊点尺寸越来越小,其所承受的热、力、电载荷反而逐渐加重。焊点尺寸的减小意味固-液、固-固反应界面的减小,这会引起焊点体钎料显微组织、界面金属间化合物（Interfacial Intermetallic Compounds）成分、形貌以及尺寸的变化,焊点的力学性能也随尺寸的减小而变化,这必然会带来一系列焊点的可靠性问题。因为大功率器件独特的服役条件,本项目采用自制的快速热疲劳实验装置,真实模拟不同尺寸微焊点在大功率器件服役过程中微观结构变化以及机械性能变化。研究了极端条件下锡球尺寸对锡球、凸点的表面形貌、内外部裂纹的影响;不同温变速率下,锡球尺寸对凸点界面金属间化合物以及力学性能的影响,得出的主要结论如下:（1）四种直径的锡球表面在5500周期时都没有发现裂纹;随着锡球尺寸的增加,锡球的表面越粗糙,氧化膜越厚。在常规和快速热疲劳下,随着尺寸的增加,凸点表面起皱的周期更早,但凸点表面都没有发现裂纹;随着热疲劳周期数的增加,凸点表面变粗糙变暗,常规热疲劳凸点因为更长时间的高温氧化,表面更粗糙更暗。（2）随着锡球尺寸的减少,锡球内部树枝状晶出现的周期数越早,锡球内晶粒的数目越少,晶粒的方向性更明显。在2500周期时,φ0.3mm和φ0.4mm锡球内部的晶粒就开始具有方向性;φ0.5mm锡球只有底部有明显的树枝晶,锡球内部晶粒方向混乱;φ0.6mm锡球晶粒尺寸变化不明显,锡球内部无树枝状晶,且晶粒方向混乱。在3500周期,锡球的尺寸越小,锡球内部的树枝状晶尺寸越大。φ0.3mm锡球内部树枝状晶尺寸最大,且晶粒生长有着明显的方向性。φ0.4mm和φ0.5mm锡球在4500周期时发现有明显的方向性,φ0.6mm锡球在5500周期时底部才发现明显的树枝状晶。（3）随着凸点尺寸的增加,内部裂纹出现的周期越早,裂纹的宽度更宽,长度也更长,快速热疲劳更快的温度变化导致内部裂纹出现的周期比常规更早。φ300μm凸点在常规和快速热疲劳后,都没有裂纹产生。φ400μm凸点在常规热疲劳后没有裂纹产生,但在快速热疲劳4500周期时,凸点左右两边就有微裂纹产生。φ500μm凸点在常规热疲劳5500时,凸点边角处有裂纹产生;在快速热疲劳4500周期时,凸点边角就有较深的裂纹产生。φ600μm凸点在常规热疲劳4500周期时,凸点边角就有裂纹产生;快速热疲劳1500周期时,在界面附近就有微裂纹产生。（4）随着凸点尺寸增加,界面金属间化合物厚度不断减少,φ0.3mm凸点的界面金属间化合物最厚。在常规热疲劳初期,界面IMC的增长速率最快,随后界面金属间化合物的增长速率减慢,5500周期时常规热疲劳要比初始界面金属间化合物厚度高2μm左右。快速热疲劳的界面金属间化合物的厚度变化不大,厚度差异几乎都在1μm内。随着凸点尺寸的增加,凸点的界面金属间化合物变得越平坦,而快速热疲劳比常规热疲劳变化得更快、更平坦。5500周期时,常规热疲劳凸点（φ0.3mm、φ0.4mm、φ0.5mm、φ0.6mm）剪切强度分别是41.07 Mpa、40.8 Mpa、37.78 Mpa、36.78 Mpa,分别降低了49.64%、40.02%、41.95%、40.14%;快速热疲劳凸点（φ0.3mm、φ0.4mm、φ0.5mm、φ0.6mm）剪切强度分别是49.75 Mpa、50.43 Mpa、48.68 Mpa、12.52 Mpa,依次降低了38.99%、25.86%、25.20%、79.62%。随着常规热疲劳周期数的增加,各尺寸的韧窝深度和宽度变小变浅,趋于平坦,剪切后断裂位置发生在焊料处,断裂方式主要是韧性断裂为主;随着凸点尺寸的减小,凸点的韧窝平坦趋势更快。随着快速热疲劳周期数的增加,φ300μm、φ400μm和φ500μm尺寸的韧窝深度和宽度变小变浅,趋于平坦,断裂方式主要是韧性断裂为主;随着周期数的增加,φ600μm凸点剪切后断裂位置由焊料内部向IMC界面/焊料处转移,断裂方式由韧性断裂向脆性断裂转变。