在微电子封装领域,焊点的可靠性问题一直都是广大学者的研究热点。由于不同电子器件材料间热膨胀系数的不匹配,在循环热应力的作用下焊点会产生损伤破坏,如:疲劳损伤与蠕变损伤。这些损伤失效行为是焊点可靠性重点研究内容。而孔洞的存在必然会对焊点的失效行为产生巨大的影响。本文研究了孔洞对无铅焊料力学性能与疲劳寿命的影响。并且,针对焊层中孔洞率的表征问题运用反演分析方法对该模型的孔洞率进行反演辨识。主要工作概括如下:(1)建立了含孔洞的无铅焊料拉伸棒有限元模型,分析了孔洞存在的几个特征对无铅焊料等效弹性模量的影响。根据不同孔洞率下拉伸模型的应力-应变曲线,反演辨识出无铅焊料拉伸棒内的孔洞含量。经过三组反演实例,得到的孔洞含量辨识结果误差较小,证明运用反演法辨识材料内部孔洞问题的可行性。(2)提出了一种单轴拉伸实验与卡尔曼滤波迭代算法(KF)相结合的反演分析法,用于研究铜/焊锡粘接试件中焊层的孔洞含量。同时,提出了一种改进的三线性内聚力模型,用于描述铜/焊锡界面的粘接性能。两组伪实验和四组真实验的反演结果表明,本文所提出的单轴拉伸实验与卡尔曼滤波迭代算法相结合的反演分析法对孔洞率的反演辨识,误差较小,抗噪声能力较强,具备较高的可靠性与准确性。(3)建立了连接界面中带有孔洞的Double Cantilever Beam(DCB)模型,用于研究孔洞的存在对裂纹扩展和疲劳寿命的影响。运用不可逆内聚力模型,描述焊接界面的疲劳裂纹扩展路径与损伤演化过程。该模型是通过传统内聚力模型结合疲劳损伤的相关理论而建立的。结合上述有限元模型、内聚力模型以及随机孔洞生成数值模型揭示了孔洞存在的位置以及孔洞含量与裂纹扩展、疲劳寿命之间的关系。(4)建立了焊层带孔洞的封装模型,分别从孔洞含量、焊层厚度以及焊锡材料三个方面进行孔洞对封装系统热疲劳寿命的影响分析。分析结果表明:当孔洞含量上升时,焊层的疲劳寿命下降,但随着孔洞含量的持续上升,疲劳寿命的下降速率逐渐减缓;焊层较厚的封装模型,其对孔洞的适应性较高;对比低温纳米银与Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)的抗疲劳能力,前者要强于后者,且低温纳米银对孔洞的适应性要高于SAC305。