圆片级芯片尺寸封装(WLCSP)是实现提升电子产品性能和集成密度的关键技术之一,基板、凸点和芯片等材料间热不匹配引起的热疲劳可靠性问题是WLCSP技术向大尺寸方向发展面临的难点,柔性凸点技术是ITRS给出的可能解决方案。采用MEMS硅微加工技术制备的空气隙结构可为凸点结构提供顺应三维方向变形的柔性。本文应用有限元分析方法,从柔性凸点结构设计、焊点热疲劳可靠性分析和再分布铜互连结构参数优化三方面对埋置MEMS空气隙圆片级封装技术进行了研究。首先,探讨应用于微电子封装的热-机械疲劳可靠性有限元建模分析方法,介绍电子封装疲劳失效准则及其相关理论,阐述焊点疲劳可靠性分析所需的Anand粘塑性本构模型理论和疲劳寿命预测理论。其次,在综合分析国内外柔性凸点结构的基础之上,提出新型的埋置MEMS空气隙柔性凸点结构原型,并介绍其结构作用原理及技术特点;探讨埋置空气隙柔性凸点结构的制备工艺的同时给出依据上述工艺制备的柔性凸点结构实物原型。然后,应用所设计柔性凸点结构,以WLCSP DRAM测试芯片为研究对象,采用ANSYS软件建立三维有限元模型;进行热循环加载条件下焊点的应力、应变特性分析及疲劳寿命预测。研究表明:埋置MEMS空气隙的应用显著提高了焊点热疲劳寿命;封装互连结构的应力集中区域从焊点转移到了再分布铜互连结构上,铜互连线上出现了应力应变集中,且随着循环次数的增加,易导致引起互连结构疲劳失效的互连线疲劳损伤出现。最后,进行再分布铜互连结构应力、应变特性分析,并基于ANSYS分析子模型技术和正交试验设计探讨不同铜互连结构参数组合对铜互连结构应力、应变特性的影响;运用统计学软件MINITAB进行考察铜互连线应力特性随互连结构参数变化定量关系的多元非线性回归分析,并在给定变量范围内利用MATLAB优化工具对回归方程进行结构参数优化。研究结果表明:所考察铜互连结构参数中,互连线形状对铜互连结构应力特性影响最为显著,厚度和宽度的影响相对较小,弯曲互连线可显著改善互连线应力、应变特性。多元回归分析所得到的回归方程显著,经MATLAB优化分析得到了最优铜互连结构应力特性对应的结构参数组合。埋置MEMS空气隙柔性凸点技术的应用是WLP技术进一步发展的内在需求,是实现柔性封装的必然趋势。本文设计的埋置空气隙柔性凸点结构及得出的焊点热疲劳可靠性分析结果、铜互连结构参数优化结果等对今后柔性WLP技术的发展具有一定的参考价值和借鉴意义。