塑料球栅阵列（PBGA）封装器件被广泛应用于运动控制、医疗设备和物联网等领域,但在其工作过程中产生的热量会引起多种热-力失效问题。以往研究者大多基于整体等温假设或各表面等对流换热系数假设进行PBGA封装热-力性能研究和可靠性的设计,而针对其散热设计及散热效果引起的封装热-力性能变化关注较少。为了解决这一问题,本文以某现场可编程门阵列（FPGA）开发板的板载核心—PBGA324封装为研究对象,采用多物理场耦合仿真研究了其散热特性以及不同散热效果对封装力学性能的影响。首先采用流体-传热耦合仿真研究了主板安装角度、PBGA封装的位置、印刷电路板（PCB）水平方向导热系数和功耗大小对封装结温（封装的最高温度）、各表面平均对流换热系数、对流换热量占比和温度分布的影响。结果表明:安装角度引起的结温变化率最大,结温随安装角度的变化率达4.68%。位置变化对封装结温影最小,其引起的结温最大变化范围为0.4℃,对应的变化率仅0.58%。封装各表面平均对流换热系数存在较大差异,功耗为0.5W时,PCB水平方向导热系数为40W/（m·K）的工况下,封装表面平均对流换热系数最大值和最小值之比达3.55。各表面平均对流换热系数随功耗的增加而增加,但增长率随功耗的增加而减小。各表面对流换热量占比不随功耗发生变化。封装位置由下侧移动至上侧的过程中,PCB上表面对流换热量占比增加,最大增长率为3.4%,而PBGA封装上表面对流换热量占比减小,最大减小率为15%。PCB水平方向导热系数的增加对封装上表面对流换热量占比影响较大,其引起的最大减小率达9.8%。安装角度对PBGA封装表面温度分布的影响可以忽略。封装位置变化对封装和PCB温度分布影响较大,当封装位于下侧时封装和PCB温度分布对称性最好。而后,通过流体-传热-热应力耦合仿真研究了功耗为0.5W时,散热效果对封装应力和位移的影响。封装的位移最大值、芯片最大等效应力和焊点最大等效应力随安装角度变化规律与结温随安装角度变化趋势相同,但变化率均大于结温,PCB水平方向导热系数为40W/（m·K）时,安装角度自90°变化至135°,三者分别相对增加了8%、8.08%和7.96%。封装沿PCB中心线的位置移动对封装位移分布趋势没有影响,但改变了芯片最大等效应力,PCB水平方向导热系数为40W/（m·K）时,安装角度为90°的工况下,封装由中间位置上移和下移后,芯片最大等效应力增长率达5.5%。最后,基于PBGA封装热-力失效形式建立了用于评价不同散热设计下PBGA封装热-力性能的综合指标,并采用正交试验设计研究了封装结构对综合评价指标的影响。结果表明:芯片大小对封装综合指标影响最大,基板厚度次之,而后依次是粘结层厚度、芯片厚度和模塑层厚度。当芯片厚度为0.5mm,芯片大小为14mm,基板厚度为0.6mm,粘结层厚度为0.1mm,塑封厚度为1.4mm时,封装综合指标最小。