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随着电子产品向轻、薄、小及功能多样化方向的发展，BGA（Ball Grid Array）封装已成为目前集成电路封装中最先进的封装技术之一。然而，当今BGA封装面临的主要技术瓶颈在于电子产品在使用过程中，芯片会产生很多的热量，使封装系统的各个组件温度升高；并且封装体是由不同材料组成，由于不同材料之间的热膨胀系数存在较大差异，温度的变化使封装体承受极大的热应力，封装材料中强度相对较低的焊球会因反复的热应力导致开裂而产生破坏，从而使整个封装体失效。此外，随着便携式电子产品的不断普及，BGA互连焊点将承受高的应变速率损伤（如跌落损伤），这也造成了新的焊点失效模式。本文针对简化的BGA封装体结构（主要包括芯片、Sn-3.0Ag-0.5Cu焊球以及基板等），利用有限元法对其温度场、热应力应变以及不同剪切速率下的剪切行为进行了模拟分析，同时进行了相关的实验验证，从而为BGA封装体因温度、热应力、疲劳以及振动冲击所产生的诸多问题以及电子产品的可靠性分析提供了理论基础和实验数据。在温度场分析方面，对焊球分别通入电流（I1=0.5A、I2=1.5A、I3=2.5A）后，模拟和实验结果均表明，BGA封装焊点两侧的芯片端和基板端的温度都随着加载电流的增大而增大，并且满足抛物线规律；在假设芯片为唯一发热源（功率大小为0.1W）并考虑整个封装体内部以及与外界的热传导和对流的条件下，3-D与2-D BGA封装温度场模拟结果均表明：焊球的温度较高，基本和芯片的温度相接近，基板的温度较低，这是由于基板的导热系数与芯片和焊球相差太大的缘故。在热应力分析方面，不论在稳态温度场还是热循环条件（-40～125℃）下，BGA封装整体尤其是焊球内都有大的位移变化以及应力应变集中，这主要是由于封装体内各组件材料热膨胀系数不匹配的缘故。根据Coffin-Manson方程，温度循环条件下的Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊球的最短热疲劳寿命约为704cycles。利用SEM观察分析了不同时效时间时的界面IMC的厚度及形态，并在不同剪切速率下（≤10mm/s）对BGA球进行剪切性能测试和模拟。实验结果表明，随着时效时间的延长，Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu界面IMC的厚度不断增加，界面形貌由时效前的贝状变为连续平坦的层状，焊球的剪切强度逐渐减小；随着剪切速率的增加，焊球的剪切强度增大，并且随着剪切高度的增加，焊球的剪切强度减小。