界面层裂作为微电子封装器件的主要失效形式之一,越来越受到业界的重视。随着封装器件朝着小型化、高密度化发展,界面层裂对器件可靠性影响的研究也显得更为重要。目前业内针对界面层裂的研究主要集中在单芯片器件上,针对内部结构更加复杂的系统级封装器件的界面层裂研究则较少涉及。本文在国家自然科学基金项目“微电子封装中的界面层裂失效和界面强度可靠性设计方法”的资助下,针对系统级封装器件的结构及工艺参数优化方面进行了研究,论文主要由封装材料DMA实验、有限元数值模拟以及优化算法实现三大部分构成,主要内容包括:以环氧模塑封材料(EMC)为研究对象,采用DMA实验方法研究其粘弹性力学行为。并通过后续的实验数据处理,获得了有限元分析当中需要的相关粘弹性参数,这对后续有限元数值模拟的正确建模非常重要。选用四层芯片堆叠的系统级封装器件为对象进行有限元仿真。分析了器件在回流焊温度载荷下的热应力分布、封装体翘曲以及封装体内部界面强度。选取四个结构参数作为结构优化的设计变量,并分别讨论了各结构参数对系统级封装器件的等效应力及J积分值的影响。利用有限元软件MARC的单元激活技术,分析了系统级封装器件封装工艺过程中的应力分布以及界面强度J积分值,以此确定了工艺过程中对可靠性影响最大的阶段。选取四个工艺参数作为工艺优化的设计变量,分别讨论了每个工艺参数对器件等效应力及J积分值的影响。使用均匀试验设计方法对结构以及工艺参数进行优选,通过回归分析得到因变量分别为J积分值和等效应力的回归方程,回归检测结果显示,两个回归方程的回归效果显著,可作为后续优化算法的目标函数。介绍一种新颖的免疫算法―克隆选择算法的基本原理和优化流程,通过MATLAB软件编写算法程序,采用克隆选择算法对系统级封装器件的结构及工艺参数进行了优化,优化结果显示最大J积分值及等效应力值都显著降低。本文基于材料实验与有限元数值模拟相结合的方法,对系统级封装器件的结构及工艺参数进行优化设计。总结出一些影响封装可靠性的因素及规律,对系统级封装器件的结构设计及工艺参数的选择提供了一定的参考依据。