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焊点失效机理随载荷条件的不同而不同，以下按照引起焊点失效的载荷条件分别予以介绍。
PCBA在温度循环载荷条件下，由于元器件封装与印制电路板的热膨胀不匹配，因此焊点会受到交变应力的作用。在长期交变载荷的作用下，焊点会出现开裂/断裂现象。人们把这种由温度循环或交变载荷导致的、与时间有关的焊点失效现象称为疲劳失效。
温度循环中主要的损伤机理是焊点的蠕变/应力释放-疲劳的累积增强。图1-6是黏塑性应变能程式化的图示表达，该应力应变图中的循环磁滞回线区域表示一个疲劳循环。黏塑性应变能引起的疲劳损伤，是由一个个疲劳循环积累而形成的。当从零应力、零应变状态加载时，焊点首先会经历弹性应变，随后如果继续加载，超出了焊料的屈服强度，就会发生塑性应变。需要指出的是，对焊料来说，既没有真正的弹性应变，也没有真正意义上的屈服强度，弹性应变-屈服线被简化为非线性应力应变反应，它高度依赖于温度、加载频率、焊料组成以及晶粒结构。
图1-6 黏塑性应变能程式化的图示表达
在塑性变形之后是与温度和应力水平相关的焊点应力松弛/蠕变响应。如果有足够的时间（在较高的温度下可能是几分钟，在较低的温度下可能是几天），焊点所在系统中的应力基本上完全松弛，从而导致焊点产生最大的塑性应变。超过这个停留时间将不会引起更多的疲劳损伤，但是在较高的温度下，有害的晶粒生长将会继续。
随着疲劳损伤的累积，焊点的晶粒结构变粗。在消耗焊点25%～50%疲劳寿命（ N f ）之后，晶粒交界处会形成微孔洞。这些孔洞增长形成微裂纹，进一步累积疲劳损伤，形成较大的裂缝，这就是温度循环引发的焊点失效机理。
排除诸如润湿不良、不恰当的工艺等外部因素，上述的疲劳过程包含两种基本的失效机理或现象—疲劳和蠕变。
1.疲劳
疲劳是焊点受到交变载荷作用时渐进发生的局部结构损伤（原子以及更大量级）现象，如图1-7所示。
图1-7 焊点结构的累积疲劳损伤示意图
一般疲劳过程可以分为3个阶段：初始裂纹形成（看上去更像孔洞）、裂纹扩展和断裂。当应力超过一定的阈值时，初始的微裂纹开始形成，这种局部的损伤使得我们能够把疲劳与蠕变现象区分开来。随着循环应力的持续作用，裂纹会逐渐扩展并最终达到临界尺寸，之后焊点会发生瞬时断裂。
在原子层面，焊点疲劳机理起始于位错运动，会形成很短的裂纹滑移带。在微观结构上，扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）检查观测到的结果通常为晶粒粗化（再结晶的结果）。晶粒尺寸对于疲劳性能很重要，通常晶粒越小越好，然而当有其他缺陷（如表面缺陷）存在时，该缺陷将起主导作用，远比晶粒尺寸对疲劳性能的影响大。
对比Sn-Ag-Cu（SAC）无铅焊点和锡铅焊点，从决定其各自位错系统、微结构以及金相的冶金学上来说，有明显的本质差异，而这反过来又决定了相应各种工作环境下的疲劳行为和退化机理，进而决定了疲劳寿命。
需要注意的是，在实际应用中，作用在焊点上的应力通常是随机的，而非在ATC测试中采用的有规律的定期温度循环。由循环测试数据推断出，在实际随机应力下的疲劳寿命，仍然是一个挑战。基于内在的金相结构，与锡/铅共晶系统相比，这种挑战在SAC无铅系统中变得更大。实际上，疲劳现象涉及偶然性、随机性和概率，这也是为什么一个简单的ATC测试几乎不能确定结论的原因。在无铅时代，焊点的非均匀性、封装的多样性，都对传统的寿命与应变模型提出了挑战。我们很难用一种模型来对焊点的寿命进行评估，这些还需要经验的积累与研究。例如，在通常工作温度低于80℃的条件下，QFN的250次温度循环寿命不一定比BGA的1000次温度循环寿命表征的实际寿命更短，这是因为通常的ATC试验条件（温度范围为-40～125℃）对QFN封装来讲叠加了额外的拉应力，焊点的失效机理发生了变化，试验寿命表征的实际寿命不能比照BGA来计算。因此，ATC的试验条件对不同封装疲劳试验寿命的估计可能不同，需要针对具体的封装修订加速系数或开发新的模型。
2.蠕变
在室温下，在做金属材料拉伸试验时，长期保持屈服极限以下的应力，试件不会产生塑性变形，也就是说，应力-应变关系不会因载荷作用时间的长短而发生变化；但是，在较高的温度下，特别是当温度达到材料熔点的1/3～1/2时，即使应力在屈服极限以下，试件也会发生塑性变形，时间越长，变形量越大，直至断裂。这种发生在高温区域下的缓慢的塑性变形就是蠕变（Creep）。
金属材料的蠕变过程常用应变与时间之间的关系曲线来描述，这样的曲线被称为蠕变曲线，如图1-8所示。
图1-8 蠕变曲线
从图1-8中可以看到，蠕变过程基本上可以分为3个阶段。
第Ⅰ阶段：蠕变速率（Δ ε /Δ t ）随时间而呈下降趋势。
第Ⅱ阶段：蠕变速率不变，即（Δ ε /Δ t ）是常数，这一段是直线。
第Ⅲ阶段：蠕变速率随时间而上升，随后试样断裂。
因为温度较高时原子的活动能力提高，使得产生塑性变形的位错滑移更为容易，所以在较高温下低于屈服极限的应力就足以使材料产生塑性变形。
不同材料产生蠕变的临界温度不同。由于温度对蠕变行为有很大的影响，因此可以利用归一化温度 η （Homologous Temperature，有的文献翻译为同系温度、同源温度）来表征。归一化温度 η 定义为材料服役环境绝对温度 T c 与其熔点绝对温度 T m 的比值，即 η = T c / T m 。所谓高温蠕变，即归一化温度 η 超过0.5的蠕变。高温下承载一定重量的材料，即使应力很小，也会慢慢发生变形，本质上就是会发生晶体的剪切滑移。
对于软钎焊焊料来讲，其熔化温度为180～230℃，即使在室温时也已经达到再结晶温度（条件： T ＞0.5 T m ），此时已经受到原子扩散的影响。
蠕变伴随应力释放，引起塑性变形，这是其导致焊点失效的核心机理。
3.蠕变和疲劳的交互作用
现实电子产品中的焊点，通常会暴露在同时导致疲劳和蠕变的状况下，并且它们会有交互作用。简言之，这种环境可被视为循环热负载下的蠕变或高温下的疲劳。蠕变和疲劳之间交互的本质使焊点退化行为和潜在的失效机理复杂化。
因此，焊点固有的退化并最终导致的失效，基本上不可能是单独的蠕变或疲劳失效，而是疲劳和蠕变交互作用的结果。并且蠕变和疲劳的机理预计是以一种竞争的、交替的或互相促进的方式起作用的，这取决于外部气候和内部电路的运行环境两者的情况。在经常采用的加速温度循环试验中，蠕变和疲劳过程也会交互作用。从工程角度来看，可以认为退化现象要么是蠕变恶化的疲劳，要么是疲劳加速的蠕变。
机械应力是指焊点对于机械扰动的响应。这些扰动包括：可能会发生于运输、安装或现场使用时的冲击事件；可能会发生在制造过程中（ICT测试、功能测试、安装等）或现场使用中的瞬时弯曲；以及循环弯曲，如在BGA附近的重复键击，或者由风扇或在系统中（或其附近）的电动机引起的振动。所有以上扰动源（或其他）都会影响焊点的机械完整性，在产品设计和使用时必须加以考虑。
1.冲击
冲击通常指跌落或撞击事件，它具有“极高速”的特征，使得互连材料没有足够的时间对施力做出响应。尽管运输和最终使用环境下的冲击事件最为典型，但是冲击可能发生在产品寿命周期中的任何阶段。冲击可导致焊点的互连部分或全部分离（图1-9），这种分离可发生在构成焊点完全互连的任何界面处。即便是部分界面断裂，在产品整个寿命周期中，最终也会引起焊点电气失效。通常较脆的材料和界面特别容易因冲击而失效。
图1-9 焊点全部分离案例
2.瞬时弯曲
瞬时弯曲通常指在较短时间（如1～3s）内发生的PCB弯曲事件，它具有低的应变次数（典型为1～10次弯曲事件）和相对较慢的应变速率。这种弯曲事件可由制造过程引发，如在线测试（ICT）、连接器插入操作、将印制电路板组件固定到机箱时的拧螺钉操作等。瞬时弯曲也会发生在元件维修、运输以及终端使用过程中。如同冲击一样，瞬时弯曲会引起焊点的部分开裂或完全的断裂，这取决于“瞬时”的时间与弯曲次数。即使部分的开裂最终也会在多次的瞬时弯曲或温度循环负载条件下发展成完全的断裂。
某一产品失效单板的安装状态图如图1-10（a）所示。此产品发货给客户后，有一定比例的失效，分析发现其上一块一角悬空安装于单板上的BGA出现了多个焊点开裂的现象，如图1-10（b）所示。这是一个典型的由运输过程中的振动导致PCB瞬时弯曲的案例，但根本的原因是单板的安装方式不当——一角悬空安装。通常情况下，PCBA是不允许悬空安装的，特别是尺寸比较大、比较重的PCBA，这样的安装结构不耐振动。
图1-10 悬空安装单板组件运输过程中导致的BGA焊点开裂
3.循环弯曲
循环弯曲是由许多应变事件引起的，这些事件次数可达数千次甚至更多。它通常由重复性的低应力动作引发，如键盘动作、运输和连接器（如笔记本接口）插入或拔出。随着时间的推移，疲劳失效就会出现。
对于瞬时弯曲与循环弯曲，虽然从应变级别与次数上对其做了界定，但是有时很难分清。在实际的案例分析中，可以把它们归为“PCB弯曲变形”一类事件看待。
4.振动
振动是指物体围绕平衡位置进行的周期性运动。这类运动在许多环境中都会遇到，包括汽车、航空航天和军事领域。因此，在这些环境中使用的电子外壳或结构也受到振动。振动通过机箱或外壳的主要结构传到印制电路板上。单板及其边缘支架之间的相对运动导致单板的扭曲/变形。在振动载荷下，表面安装焊点中的应力主要是由印制电路板的弓曲和扭曲引起的。
一般来说，因振动而引起的应力等级或循环应力振幅相对较小，这与高频率移动相关。负载的快速变化不允许应力释放，它引起的是焊点的弹性应变。此外，焊料的弹性模量随着载荷的频率或应变率的增加呈上升趋势，这对弹性应变有利。
然而，在某些条件下，在焊点中可以诱导非常高的应力。如果外部驱动力的频率接近电路板的固有频率，就会发生较大的电路板挠曲。因此，在特定的位置焊点会产生很大的应力。固有频率就是系统在自由条件下振动的频率。当外部驱动频率接近该频率时，会发生共振。通常，电子设备在代表应用的频率范围内进行测试，以确保设计里不会产生设计以外的共振频率。
虽然大部分的应力都是弹性应力，但焊点的失效是由局部较高的塑性行为引起的。小应力集中或焊点表面或交界处的缺陷会引起局部塑性应变。在某些情况下，焊点里单个晶粒的晶向是定向的，因此使用的最大剪切应力应超过在易滑晶面引起滑落的标准应力。在交变载荷条件下，会产生挤出峰和挤压（入侵）槽，最终形成滑带微裂，如图1-11所示。
图1-11 由滑移引起的疲劳断裂—挤压槽、挤出峰示意图
振动产生的裂纹一般为穿晶裂纹，这与在蠕变主导的热疲劳中裂纹沿晶开裂不同。裂纹以条痕的形式稳定增长，直到焊点再也无法承受施加的载荷。振动导致的焊点失效，一般发生在大量的循环/周期之后（10 4 次或更多），因此被称为高周期疲劳。
热冲击通常指温度变化非常迅速（大约30℃/min或更快）的事件。当PCBA急速进入一个新的热环境中时，由于其表面与内部的巨大温度梯度，会引发表面安装组件的扭曲变形（图1-12），从而使焊点受到拉伸和剪切应力的作用，此时拉伸应力在稳态膨胀失配中占主导地位，因此如果PCBA热膨胀失配，在受到热冲击时，焊点将会失效。
图1-12 PCBA在热冲击作用下由热梯度导致的热机械变形
热冲击条件可能来自以下几个方面。
（1）外部环境急速变化，如太空中设备由光照处转到背光处。
（2）功率状态发生突然的巨大的变化。
（3）各种制作/修复过程，如波峰焊、选择焊、烙铁焊接、返工和返修等。
在设计可靠性实验时，并不是总考虑到热冲击和热循环的区别，但是由于加载机理的不同，热冲击与热循环有根本的不同。热冲击往往导致焊点应力的多轴态，且受拉伸过应力和拉伸疲劳的支配，而热循环通过剪切疲劳和应力释放的相互作用导致失效。
热冲击在双箱测试设备中进行，而热循环则在单箱测试设备中进行。双箱设备的温度转换速率可超过50℃/min，而大多数单箱设备的温度转换率不会达到30℃/min，这正是热冲击所必需的最低转换率。这两种类型测试的结果是不相关的，即使通过一些设计措施也不能在这两种情况下都延长寿命。因此，用于评估表面贴装焊点可靠性的热冲击测试仅在热冲击确实是产品所遇到的现场条件时才是合适的。
蠕变断裂是指在一种状态下，焊点受到一个固定的负载作用，这个负载使得焊点产生了一个初始形变，随着时间的增加，焊点里的焊料发生蠕变，这导致在对样品负载保持不变的情况下形变增加，当焊料再也不能承受这个加载时所发生的断裂。
当焊点发生蠕变断裂时，依据加载的初始负载或变形可判断出失效的时间。当元器件被焊接到电路板上时，电路板将处于与焊点相同的条件下，并产生弯曲，而对每个焊点产生恒定的应变。如果电路板的弯曲形状保持不变，焊点可能发生蠕变断裂。对断裂表面的分析最有可能呈现一般的韧性断裂裂纹特征。