信息技术和电子产品已成为当今世界的第一大产业。IC的核心是集成电路芯片，但是每块芯片都要经过合适的封装才能满足使用要求。因此，随着芯片集成水平的不断提高，微电子封装已与IC设计和制造共同构成了IC产业的三大支柱。 本论文着重对环氧树脂封装材料进行了疲劳破坏实验、数值模拟和对倒装焊底充胶特性、倒装焊可靠性以及湿热对封装材料的影响三方面进行了系统的研究，主要工作包括以下几方面内容： 第一方面。根据ASTMD-638标准制作试件，通过常温和高温静态拉伸实验测绘出EMC材料的应力应变曲线，同时确定了材料相应的力学性能。同样采用ASTMD-638标准制作试件，然后对该试件进行常温和高温的拉—拉疲劳实验，在实验过程中同时测定材料的应力应变等值，通过测出的这些值和实验结果，改进现有的疲劳寿命预测模型，确定了环氧树脂材料的疲劳寿命预测方程，通过此公式可以对温度在25℃～150℃之间、一定应力水平下的环氧树脂封装材料进行疲劳寿命预测，而且通过常温疲劳实验结果得出了常温时单对数S-N曲线。 运用扫描电子显微镜分别对试件的常温、高温拉伸断口和常温、高温疲劳断口进行显微金相分析，得出了环氧树脂封装材料的主要失效机制：常温下颗粒与基质问的分层、基质间的开裂、颗粒本身的开裂；而高温时，由于环氧树脂封装材料中基质的软化，颗粒与基质间的分层是最主要的失效形式。用有限元数值模拟了实际微电子封装器件PBGA的部分组装、封装和热循环过程，对器件中应力应变进行分析计算。同时采用所确定的疲劳寿命预测模型，进行了封装材料疲劳寿命的预测，进而确定了环氧树脂封装材料中可能失效和最可能失效的位置。 第二方面。倒装焊因为具有最短的电连接通路、卓越的电气性能和相当高的I／O数目成为高密度封装中最有前途的互连技术之一。封装材料经受温度循环过程，由于各材料间的热膨胀失配，在封装材料内部将产生周期的应力应变过程，导致封装材料失效，最终引发芯片或焊点破坏。 为改善元器件的热-机械性能，使用以碳纤维和粒子填充的聚合物并得出导热系数预测模型和热膨胀系数预测模型。预测的底充胶导热和匹配性能高于目前采用的底充胶；通过有限元模拟的方法，对导热系数对温度场的影响研究表明：高导热系数底充胶可以使倒装焊温度均匀而降低应力、应变，提高可靠性；热膨胀系数对应力的影响作了模拟的研究结果表明：从使用的高、低热膨胀系数的等效应力来看，若热膨胀系数的增加一倍，焊点边缘的最大应力与焊点的内部应力比有17～49％的增加；对填充了底充胶的倒装焊焊点，分别用[C-M]与[E-W]公式对焊点寿命进行了预测，验证了Engelmaier的结果。 第三方面。湿热一直是聚合物封装器件可靠性的最大威胁，主要表现在热膨胀比不匹配、脱层以及对材料粘弹性的改变。论文用拉伸蠕变实验验证了水分对蠕变的影响，并得出了含水量对粘弹性影响量之间的关系；研究了填料对吸水量的影响关系；研究了水分对剪切模量和玻璃体转化温度的影响。