激光喷球微连接技术作为一种新型的电子封装微凸点制造技术,一般通过合理的设计与激光设备工艺参数精准配合,钎料焊球在激光作用下加热熔融,使其完整地、以合适的温度形成所需要的焊球凸点,实现微连接,整个工艺过程在毫秒级别内完成。与传统再流焊工艺相比,此技术具有局部加热,快冷快热的特点,既适用于系统级大面积,高密度阵列封装的微焊点制作,也适应了5G时代更多光通信中敏感器件的工艺要求,但其工艺开发和可靠性应用还面临着诸多问题亟待解决:（1）微米尺度下的焊球在激光和氮气的作用下,其动态演变过程及其精确控制技术尚未完全掌握;（2）微米尺度的焊球在快热快冷条件下的界面反应动力学机制尚不明确。因此,本文以激光喷射微连接中动态演变过程为研究对象,通过仿真模型与实验结果相结合的方法进行分析,模型研究上,通过宏观温度场-流场耦合模型与微观下界面金属间化合物生长模型建立多尺度耦合研究,主要研究内容及结论如下:（1）激光喷球微连接过程的动态热输运多物理场耦合建模与分析结合激光喷射微连接工艺过程特点,考虑激光喷球过程中在喷嘴内的熔融流动和喷射后碰撞焊盘并铺展凝固的动态热输运过程,建立温度场-流场耦合模型;通过同轴测温实验验证,结果表明整体趋势一致,模型精度较高,可获得整个物理场下的动态热输运过程;模拟了实验中所出现的工艺问题并对其进行分析,发现氮气压力过大会导致焊球出现振荡;激光能量输入不足而导致的喷嘴堵焊球;喷嘴口以及内壁润湿性不均而导致的焊球偏移现象。（2）激光喷球微连接工艺参数对焊球凸点位置偏移的影响分析温度场验证实验发现焊球偏移严重影响焊接质量和一致性,通过实验设计分析凸点位置偏移产生的原因,结果表明工艺参数主要影响焊球在熔融过程中的流体状态,而环境因素如喷嘴表面情况和喷嘴高度则分别影响偏移的发生率和偏移率的大小,通过设计正交实验分析各因素与结果的关系,结果表明影响最大的因素是焊盘直径,然后是激光功率,再到喷嘴高度,最后是氮气压力与加热时间。焊盘直径的减小可显著减少偏移率,但会增加阻焊层烧蚀的几率。并通过极差分析来推断工艺参数最佳组合,最后得出最佳组合为激光功率85%,激光作用时间80 ms,氮气压力800 Pa,焊接高度1.6 mm,焊盘直径0.5 mm。（3）激光喷球微连接工艺参数对界面微观成分与形貌的影响分析通过仿真模型获得了高过冷下界面温度场的分布情况,为了研究在高过冷凝固下界面IMC的形成,通过扫描电子透镜和能谱分析,结果表明界面处均匀且厚度在0.3～3 um的金属间化合物成分主要为（Ni,Cu）6Sn5与（Ni,Cu）3Sn4,这两种成分分别存在于靠近镀Ni层与焊料侧,界面处金属间化合物形貌主要有小扇贝状、小平面状以及大扇贝状。激光能量的增加可以使界面金属间化合物形态从小扇贝状依次变为小平面和大扇贝状,厚度与能量输入和焊球凸点整体形态有关,凸点形态会影响界面处的局部冷却速率,因此高能量输入会提高液相保持时间,使熔融焊球润湿焊盘,大铺展面积下凝固冷却速率更高,导致金属间化合物厚度变薄。（4）多尺度耦合下的激光喷球微观界面IMC生长建模与仿真分析结合上文中宏观温度场与微观形貌分析,通过建立元胞自动机模型,与宏观热-流-固耦合模型进行单向耦合,分析在多尺度耦合下的界面金属间化合物的生长,基于实验数据,分析在不同冷却速率下IMC厚度生长情况,验证了铺展面积差异导致的局部冷却速率不一致而出现焊点中间位置与边缘处IMC的厚度差异,通过对多尺度耦合模型的整合,基于COMSOL和MATLAB搭建了激光喷球微连接多尺度预测和工艺设计系统。本文通过上述研究获得了激光喷球微连接中焊球在激光作用下的动态演变规律,建立了考虑焊球熔融喷射铺展过程的热输运模型,研究了环境参数和工艺参数对焊球凸点偏移的影响,通过建立元胞自动机与宏观耦合模型进行多尺度耦合研究,并进行实验验证,获得了高过冷凝固下的界面IMC厚度生长规律,对激光喷球微连接工艺设计与精密控制应用具有一定工程意义。