1、由于3D芯片集成具有高傳輸速度和小封裝尺寸的優(yōu)點，作為其關鍵技術的硅通孔技術（Through Silicon Vias，簡稱TSV），已被廣泛應用于微電子系統(tǒng)。而銅互連線是TSV技術中典型的互連線之一。本文首先建立了熱力耦合的塑性應變梯度的本構關系，并通過用戶子程序UMAT嵌入到ABAQUS中進行互連結構的熱應力分析，之后基于所建立的本構模型，結合參數(shù)化有限元方法和試驗設計方法對TSV結構進行優(yōu)化研究。主要工作和結論如下：
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2、1）研究了完全填充銅TSV和填充聚合物TSV結構在退火時的熱應力分布情況。結果顯示兩種TSV結構可能出現(xiàn)失效區(qū)域均集中在銅互連頂部界面處，該處熱應力超過銅的屈服強度。相比完全填充銅TSV結構，填充聚合物TSV結構更可能出現(xiàn)熱失配導致的應力失效。
　　（2）建立了熱力耦合的塑性應變梯度的本構關系，并通過用戶子程序UMAT嵌入到ABAQUS中進行互連結構的熱應力分析。同時與理想彈塑性互連解析解進行了對比，結果顯示二者軸向應力值較為接近

3、，而解析解所得徑向應力則小的多。在不同通孔半徑和通孔結構整體縮小的條件下，銅互連中心和頂部界面處均出現(xiàn)顯著的尺寸效應，即在互連尺寸接近亞微米時，熱應力隨著半徑減小而急劇增加的現(xiàn)象。通孔半徑對靜水應力有顯著的影響，互連半徑小于10微米時，銅互連中心位置始終保持較大靜水應力，因此在銅互連中心線區(qū)域可能出現(xiàn)空洞缺陷，與實驗結果一致。深寬比對硅通孔結構熱應力具有顯著影響，隨著深寬比的增加，應力集中區(qū)域發(fā)生變化，當深寬比大于10時，應力集中區(qū)域將

4、由銅互連頂部界面區(qū)域遷移至中心線區(qū)域，同時熱應力值也大幅度的增加。
　?。?）基于參數(shù)化有限元模型對TSV互連結構進行了試驗設計及單設計響應的優(yōu)化。基于應變梯度的材料本征效應對TSV互連結構熱力學性能有顯著影響，在對互連結構設計時必須足夠重視。對TSV互連結構進行優(yōu)化的結果顯示，在初始模型一致的情況下，不同的優(yōu)化方法會得到不同的最優(yōu)解，優(yōu)化技術的選擇對優(yōu)化結果具有顯著影響，同時也說明TSV結構優(yōu)化具有多峰性特點，TSV互連結構設計