晶圆级芯片尺寸封装(简称WLCSP)是目前最先进也是最重要的封装形式之一，它具有高密度、体积小、可靠性高，电热性能优良等优点。WLCSP器件通过焊球与PCB连接以形成更高级的功能模块。因此，焊球是WLCSP器件失效的关键部位。近年来，在绿色环保的要求下，焊球材料从原先的Sn-Pb转向Sn-Ag-Cu等无铅焊料。由于装配及使用过程中的机械力、振动，封装工艺过程中WLCSP焊球金属层间化合物(IMC)的存在，焊接引起的焊球空洞等原因，常常导致WLCSP焊球破坏，进而使WLCSP封装器件失效。尤其是焊球采用新的无铅化工艺后，WLCSP焊球的失效研究尚不充分。因此，研究无铅焊料所制备的WLCSP封装器件的失效性能对实际应用具有指导意义。　　 焊球界面层开裂失效是微电子封装器件的主要失效模式之一。文中针对微电子封装器件的界面层失效问题，对两种无铅WLCSP封装结构焊点进行了在不同速率下的焊球剪切实验测试。研究了剪切速率的变化对焊球剪切失效形式的影响，并观察分析了焊球断面的微观组织结构、断裂形式。针对IMC层对焊球剪切失效形式的影响，本文重点研究IMC层厚度对焊球剪切强度的影响。利用电子显微镜测量IMC层厚度，结合剪切测试数据，定性分析了IMC层厚度对焊球连接界面强度的影响。在剪切实验数据的基础上，采用有限元法对焊球剪切过程进行仿真分析，运用内聚力模型法模拟焊球剪切实验，并利用仿真模型观察分析在焊球剪切过程中应力应变的分布情况，归纳了三种失效形式的形成机理。通过改变焊球直径、焊球高度和IMC层部分结构尺寸来观察研究尺寸改变对焊球剪切失效形式的影响。　　 本文研究表明，焊球剪切强度随着剪切速率的增加而上升，原因是随着剪切速率的提高，断裂模式由韧性断裂向脆性断裂转变，重点分析了三种焊球失效模式的发生机理，以及部分结构尺寸的改变对剪切强度的影响。为进一步研究整个器件在生产、制造、测试及使用过程中界面层裂的产生与扩展奠定基础。