在现代微电子工业中,一方面,更轻、更薄、更小是微电子封装技术发展的趋势;另一方面,随着集成电路技术在汽车、航空航天、通讯领域中的广泛应用,工作在高温、高湿等恶劣环境下的IC器件和芯片的可靠性受到了越来越多的关注。由此产生了对微电子封装可靠性要求的进一步提高,因此,在未来的微电子工业中,其封装的可靠性研究将扮演极其重要的角色并占有举足轻重的地位。本文的研究内容主要有以下的三个方面:(1)电子封装中的热-流体耦合模拟分析,以多芯片组件(MCM)为研究模型。(2)电子封装结构在热循环加载下的有限元分析,基于热传导、热弹性力学和结构优化理论,针对典型的封装结构采用了ANSYS数值模拟,重点对其热变形、热应力以及焊点的可靠性进行了分析。(3)在分析基础上以封装体的几何尺寸和材料属性为设计变量对MCM封装结构进行了优化分析。利用ANSYS的计算流体力学模块ANSYS/FLOTRAN,对采用液体间接冷却(水冷板冷却)的某类型多芯片组件,进行了热-流体耦合场的模拟仿真。得到了MCM结构的温度分布图和水冷板内部流体的流速矢量分布图,分析结构显示模型的温度基本沿通过大芯片中心的中心线呈对称分布。模型中温度最高值在大芯片的中心,各芯片内的温度基本相等。并利用APDL语言,对水冷板入口流速与芯片最大结温的关系以及在热扩展面上加空气强迫对流的情况下,空气流速与芯片最大结温之间的关系进行了分析,并参照文献中热沉冷却的散热方式,对比可知,水冷板冷却(液体间接冷却)很好的提高了封装模块的散热能力。电子封装中的的焊点可靠性问题一直是电子封装中学科的前沿和热点问题。由于封装结构中的焊点的几何尺寸很小,用一般的实验方法难于对热循环过程中焊点的应力、应变进行实时检测。有限元分析方法可以对复杂加载条件下焊点中的应力、应变分布及其过程进行详细的描述,是评价焊点可靠性的重要途径。本文采用统一型粘塑性Anand本构方程,描述了焊料的粘塑性行为。利用SnPb焊料的Anand本构模型,运用ANSYS有限元软件分析了两种典型的封装结构QFP和MCM中复合SnPb焊点在热循环过程中的应力、应变的分布。通过模拟分析,观察到SnPb焊料的蠕变行为和应力松弛、温度棘轮现象,并得到了对封装体更有价值的应力应变分析结果和焊点的热疲劳可靠性结果。在前面分析的基础上,对采用水冷板冷却的多芯片组件模型,从封装体的几何尺寸和材料属性两方面进行了优化设计,并分析了设计变量对封装体热-结构特性的影响。计算结果表明,采用较小的弹性模量和热膨胀率的材料可以有效地减小热应力;基板和芯片的厚度是影响封装体热变形和焊点可靠性的主要因素。在电子封装中采用有限元数值模拟技术是可行的、高效的,计算结果为提高封装器件的可靠性和封装器件的优化设计提供了理论依据。