焊点是电子封装系统中最为薄弱的部分，焊点失效是电子产品和设备失效的主要原因之一。电子封装日益趋向高密度、细间距和微尺度，导致焊点尺寸和间距的持续减小以及由此带来的日益严峻的质量控制、耐久性和可靠性问题。本文首先通过试验和有限元模拟相结合的方法从线弹性力学、粘塑性力学、断裂力学和损伤力学的角度研究了球栅阵列（BGA）结构Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu微米尺度单焊点在剪切载荷下的力学性能和断裂行为及其尺寸效应。此外，为了阐明剪切和拉伸两种载荷模式下微焊点力学性能及断裂行为尺寸效应的差异以及Ni基底相比于Cu基底对微焊点力学行为的影响，对拉伸载荷下Ni(Cu)/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Ni(Cu)三明治结构线形微焊点的力学行为进行了对比研究。然后还对BGA结构Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu单焊点的疲劳行为及其尺寸效应进行了研究，建立了基于损伤力学理论的疲劳寿命预测模型并实现了对微焊点疲劳寿命的预测，证明了疲劳寿命预测模型的可靠性和普适性；在此基础上，运用提出的疲劳寿命预测模型实现了硅通孔（Through silicon via, TSV）结构三维堆叠芯片封装中微焊点疲劳寿命的评估及预测；最后，还通过元胞自动机和有限元相结合的方法研究了Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点中共晶组织及结构不均匀性对电迁移的影响，并模拟了电流应力作用下共晶组织的演化规律。本文研究首先通过基于能量法的Surface Evolver程序对回流焊过程中BGA结构微焊点中钎料体的能量进行了计算，发现能量系统中重力势能要远小于表面势能。Sn-3.0Ag-0.5Cu焊球直径为760μm时熔融态钎料重力势能占总势能的比例只有0.513%，且随焊球直径减小该比例进一步降低。形貌分析结果显示，重力对微米级焊点钎料体形貌影响非常小，焊点钎料体外轮廓可近似认为是圆弧，上、下接触角可近似认为相等。对BGA结构微焊点进行剪切试验和有限元模拟研究的结果表明，焊点高度（或高度与焊盘直径之比）减小导致焊点钎料体内应力状态软性系数和力矩减小从而使焊点刚度升高，但对钎料体应力三轴度的影响非常有限；焊点高度减小还可降低钎料体中的应力和应变能集中，使应力和应变能均匀分布从而使焊点力学强度明显升高。而焊点高度增大则加剧了钎料与焊盘界面的应力和应变能集中，使焊点断裂位置从钎料体中间转变为沿界面。研究还发现，在相同的剪切载荷作用下，焊点高度增大使得位于金属间化合物（IMC）层和钎料/IMC界面的裂纹的应力强度因子（KI和KII）和应变能释放率明显增加，导致经历长时间热时效的高度较大的焊点更容易发生脆性断裂。对线形微焊点拉伸载荷下力学行为的研究发现，由于Ni基底可以有效地防止钎料体中Cu6Sn5颗粒的粗化，因此Ni/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Ni微焊点的拉伸强度要明显高于相同尺寸的Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu微焊点。微焊点在拉伸载荷下的应力三轴度要远高于剪切载荷下应力三轴度，拉伸载荷下焊点高度减小使基底对钎料的力学拘束增强从而造成应力三轴度提高，而剪切载荷下则无明显变化。损伤等效应力可以反映应力三轴度对焊点韧性断裂的影响，拉伸载荷下焊点高度减小会降低钎料体的损伤等效应力使得焊点力学强度得到提高。随着焊点高度的减小，钎料体中损伤等效应力下降然而IMC层及其界面裂纹的扩展驱动力却增加，因此微焊点断裂模式逐渐由韧性断裂转变为脆性断裂。对BGA结构微焊点在剪切位移循环加载条件下低周疲劳行为的研究表明，疲劳裂纹萌生和扩展的循环数与一次循环过程中所积累的塑性应变能密度呈幂函数相关性。因此基于塑性应变能密度概念提出了微焊点疲劳寿命的预测模型，并阐明了模型中参数与连续介质损伤力学的联系。还通过试验和有限元模拟计算相结合的方法确定了预测模型中的裂纹扩展相关常数，并验证了所提出的预测模型能有效地防止由焊点尺寸和结构变化导致的塑性应变能集中现象对疲劳寿命评估的影响。对TSV结构三维堆叠芯片封装中微凸点互连焊点在热循环载荷下疲劳行为的模拟研究发现，热疲劳寿命最短的微焊点（即危险微焊点）位于下层微焊点阵列对角线的最外端。微焊点尺寸的减小会增大焊点在热循环过程中所承受的塑性应变能密度并减小焊点的特征面积，从而降低微焊点的疲劳寿命。研究还发现，当焊点尺寸在数十微米甚至更低时，决定其疲劳寿命的是焊点中的最大塑性应变能密度。对BGA结构及三角形结构Cu/Sn-58Bi/Cu焊点中电迁移行为的研究表明，焊点结构和组织不均匀性会影响电流密度的大小和分布。有限元模拟结果表明当焊点尺寸为数十微米或更低时组织不均匀性对电流密度的影响可超过结构不均匀性的影响；同时，富Sn相中电流密度要远高于富Bi相中的电流密度，在高电流密度作用下富Sn相中的Bi原子更容易发生迁移并向阳极聚集。最后，还通过创新的元胞自动机与有限元相结合的方法模拟研究了电流应力下Sn、Bi两相分离现象，模拟结果与试验观察结果吻合。