芯片在日常生活中无处不在,在医疗器械、航天器、武器等关键设备及系统中更是处于核心地位,因此芯片的可靠性一直都是是芯片制造领域关注的焦点,而芯片的可靠性在很大程度上是受制于其内在集成电路的可靠性的。随着集成电路制造工艺水平的提高,集成电路的特征尺寸已缩小至纳米级,这使得其可靠性问题正在面临着前所未有的挑战。其中,电迁移失效问题是制约集成电路可靠性的关键因素之一。芯片上集成电路具有规模巨大且结构复杂的特性,由于目前很多的电迁移失效分析算法只能对电路中的某些特定结构进行分析,因此这些算法无法分析得到完整线网的电迁移可靠性。除此之外,还有相当一部分研究无法在运行效率与结果准确性间达到平衡,有待改善。针对片上超大规模集成电路电迁移可靠性的分析问题,本文提出了一种基于特征方程的瞬态应力分析算法,可以准确地计算出在不同电流密度下,多段金属互连线上的瞬态应力分布,并且在分析中考虑到了预先存在的由热或其他应力源所导致的残余应力。由于多段互连线作为集成电路的基本结构,本方法可对芯片中任意复杂的电路结构进行分析;同时,在偏微分方程组的求解方面,由于该方法不需要对时间或空间的离散化,因此相较于数值解方法具有更高的求解效率;在实验部分,通过与既有的电迁移可靠性仿真分析方法的结果进行比较,验证了该算法能够在保证正确性的同时,也能有效地提高电迁移分析性能。基于上述所提出的电迁移瞬态应力分析方法,本文针对芯片中电迁移现象最为突出的供电网络开发了一套电迁移失效仿真系统,实现全芯片供电网络上的电迁移可靠性分析。该系统可作为在芯片设计阶段分析芯片上集成电路电迁移可靠性的辅助工具,对芯片的可靠性验证具有重要的科学意义和实用价值。