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随着国际无铅化趋势的日益明显，国内生产正步入有铅无铅混合组装的过渡时期。由于沿用传统的有铅工艺生产线，势必面临可靠性和兼容性等一系列问题，其中以在有铅工艺技术下对无铅元器件和印制电路板进行焊接的向后兼容工艺尤为受到关注。目前业界对这部分的研究不足且数据有限，部分结论还相互矛盾，因此对混装工艺的优化和可靠性寿命的预测研究具有重要的实际意义。本文首先对混合组装球栅阵列封装（Ball GridArray, BGA）进行了有限元模拟，通过确定关键焊点分析了峰值温度和冷却速率对BGA应力应变的影响和零预应力下热循环应力应变，同时对有无预应力下的BGA热循环寿命进行了预测，并与有铅BGA热循环寿命进行了对比；然后对两种工艺下的塑料和陶瓷两类BGA器件进行了老化和热循环试验，对焊点及界面组织演变进行了描述，观察分析了焊点缺陷并对工艺进行了比较，同时研究了了老化过程中的界面金属间化合物（Intermetallic Compound, IMC）生长动力学；最后对经过可靠性试验的器件进行了染色试验，总结了失效模式并制作了MAP图，对比了不同测试时间、工艺和封装方式对器件可靠性的影响。研究结果表明：降温速率对焊后应力影响较大，峰值温度对焊后应变影响较大，但随着二者升高，应力应变也相应上升；有铅BGA焊后应力应变大于混装BGA，但二者均未达到屈服强度。温度的升降意味着应变的升降，但应力的变化刚好相反，导致此时焊点最易失效；而保温阶段具有应力松弛的作用，但应变随高低温保温进一步升降。确定了焊点外侧焊料与上基板交界处是应力应变变化最大区域，成为焊点的最薄弱点；预测结果表明均匀混装BGA具有较高的热循环寿命，并指出预应力不影响其寿命，只增加初始应变值而不影响应变变化。可靠性试验研究发现两种再流焊工艺能获得均匀一致的微观组织，确定了界面存在Cu6Sn5、Ag3Sn和Cu-Ni-Sn等金属间化合物，指出老化过程中IMC生长与时间的平方根成正比，符合体扩散机制，及Pb的聚集、裂纹、IMC碎裂等将严重降低可靠性。热循环中Pb未发生明显聚集且IMC厚度增长不明显；分析了长周期循环后出现的裂纹萌生和扩展系为应力积累及界面薄弱所致。通过染色试验和MAP图确定了四种焊点失效方式和四角应力大于四周大于中心，指出陶瓷器件因热膨胀不匹配而可靠性低，长时间老化热循环同样降低可靠性，并且工艺Ⅱ稍优于工艺Ⅰ。