相比传统的封装技术,嵌入式系统封装技术在减小尺寸、降低成本、增加功能等方面有相对的优势。但在热循环及高温工作环境下,该封装结构中的材料热膨胀系数不匹配易导致层合界面层裂失效破坏,由此引发的整体可靠性问题延滞了该先进封装技术在微电子封装领域的推广应用。本文主要针对嵌入式系统封装结构中芯片/粘结剂界面以及塑封材料/铜层界面的层裂失效问题展开研究。首先,基于ANSYS软件用常规方法模拟热冲击载荷(历经60s温度从175℃降至25℃)作用下的嵌入式系统封装结构,当温度降至25℃时封装结构中的剪切应力达到最大,并得出芯片/粘结剂界面是危险界面。于是在芯片/粘结剂界面铺设双线型材料属性的内聚力单元,分别定性参数化研究热冲击载荷作用下内聚区强度及位移参数、结构中芯片个数、芯片厚度、粘结剂厚度和塑封材料的杨氏模量对芯片/粘结剂界面层裂失效的影响。研究结果表明：(1)芯片/粘结剂界面层裂失效首先出现在界面内两个成对角线的角上,并逐渐向内部延伸；(2)增加塑封材料的杨氏模量会缓解芯片/粘结剂界面的层裂破坏,但是也会导致初始层裂由界面边界转移到界面中心；(3)总体情况下,随着内聚区剪切强度参数和临界剪切位移参数的增大,芯片/粘结剂界面层裂失效面积逐渐缩小,当剪切强度参数增大到一定程度,界面无层裂失效发生；(4)芯片厚度的增加会降低芯片/粘结剂界面可靠性；(5)粘结剂厚度的增加对芯片/粘结剂界面层裂失效影响不大。其次,从纳米尺度研究封装结构中部分材料的行为属性：(1)基于分子动力学软件LAMMPS数值模拟纳米尺度铜杆的拉伸强度,得到类似于宏观的屈服强化现象；(2)利用分子动力学软件Materials Studio (MS)分别计算铜和塑封材料的杨氏模量；(3)基于MS软件数值仿真纳米尺度铜层和塑封材料的界面拉伸强度,得到界面拉应力-位移曲线；(4)把界面拉应力-位移曲线等断裂能处理后的参数作为内聚力模型的参数模拟铜和塑封材料界面的破坏行为。本文用多尺度方法研究了嵌入式系统封装结构中的界面层裂失效问题,为微电子封装可靠性的多尺度研究提供一定的参考价值。