系统级封装（System in Package, SiP）技术能够将多种不同类型、不同功能的电子元器件，如CMOS集成电路、RF集成电路、各类无源元件、MEMS器件、光学元件等器件集成到一个完整的系统里，是一项前景广阔的系统集成封装技术。具有设计灵活、周期短、工艺兼容性好、成本低等优点，得到了越来越多的关注和应用。美国及欧洲和亚洲的一些发达国家对SiP的研究远远领先于国内，包括设计、工艺、可靠性等方面。国内市场同样对SiP有巨大的需求，但又面临着SiP技术落后的严峻挑战，对其可靠性的研究大多数停留在模拟仿真阶段，开展相关的缺陷诊断和失效分析技术的研究不多。因此研究SiP封装的可靠性及其失效分析技术对开发SiP封装技术具有重要的意义。论文针对系统级封装（SiP）模块的可靠性及其分析方法开展研究，探索了适合SiP的缺陷诊断和失效分析技术。针对采用不同封装结构的SiP器件，首先分析了SiP典型的叠层裸芯片封装、封装堆叠（PoP）结构与硅通孔（TSV）互连及其常见缺陷。讨论了四种先进的失效分析技术，包括3D X-ray分析技术、磁显微缺陷定位技术、同步热发射分析技术和FIB缺陷分析技术，详细阐述了其工作原理和解决的缺陷类型等。论文针对典型的SiP器件的失效分析，完成了PoP焊点的缺陷分析和叠层裸芯片的静电击穿失效案例分析。分别采用3D X-ray缺陷检测技术和磁显微缺陷定位技术探测了缺陷的模式和位置，对样品进行严格的破坏性物理分析，将实验结果进行了对照和分析，分别验证了两种技术的可行性和有效性。通过实际案例的辅助验证，为探索SiP不同失效的最佳分析方法提供了一定的参考。