随着电子电路日新月异的发展,二维平面电路设计技术的研究与应用到达了瓶颈期,三维集成电路凭借其集成密度高、极大改善芯片速度和功耗性能等优势,成为了当前业内和研究人员关注和研究的重点。其中,硅通孔技术(Through Silicon Via,TSV)由于具有其它三维集成所没有的优势成为研发的热点。TSV垂直互连芯片,在充分利用垂直方向上的空间资源的同时,可以实现芯片之间信号的相互传输。但是,TSV技术目前尚未成熟还有很多问题急需解决,其中,TSV可靠性是业内和研究人员最为关心的问题。由于TSV结构多样化、工作环境复杂化(存在多个物理场),能否准确地预测TSV在三维集成电路中的可靠性,并保证TSV的正常工作是极其重要的。因此,利用电-热-力多场耦合分析不同结构TSV在不同因素的组合下热力响应是一项必不可少研究课题。针对上述问题,本论文建立了TSV的电-热-力三场耦合的二阶偏微分方程数学模型。利用分部积分以及测试函数将其强微分方程转化为弱形式,利用TSV的电-热-力多场耦合模型对不同因素组合下TSV热力响应进行了研究和分析,具体研究成果如下:1.根据电磁场、热场及力场的基础理论,基于TSV的工作环境条件建立了TSV的电-热-力多场耦合数学模型。对TSV多场耦合数学模型推导,转化成本论文中在Comsol软件中使用到的弱形式偏微分方程;2.利用电-热-力多场耦合模型,研究了单个TSV在直流、周期、双指数脉冲注入下,单柱形、环形及同轴三种TSV结构的热力响应情况,并分析了不同结构尺寸、激励类型和强度、材料组合中对于单个TSV热力响应的影响和区别。对于单个单柱形绝缘层TSV,运用极差值分析法,分析了因素的影响大小排序。基于仿真数据,利用软件Matlab建立单个绝缘层TSV结构参数关于最大温度和应力的数学模型,该模型用以预测单个TSV的可靠性。3.在电-热-力多物理场耦合情况下,对于TSV入侵受侵以及TSV相互热力串扰时的热力响应情况进行了了分析研究,并以TSV之间距离、激励大小、结构尺寸为因变量,研究不同影响因素变化对TSV瞬态热力响应的影响。对于TSV相互热力串扰的情况,运用极差值分析法分析因素的影响大小排序。利用软件Matlab建立绝缘层TSV相互串扰下影响因素关于最大温度与应力的数学模型,用以预测三维集成电路中TSV的可靠性。本论文利用TSV的电-热-力多场耦合模型对不同情况下不同结构TSV热力响应的分析,得到了不同结构尺寸、激励类型和强度、材料组合对于TSV热力响应的影响情况。研究结果有利于设计人员预测三维集成电路中TSV的可靠性、对于降低电路的设计成本起着非常显著的作用。