随着集成电路微缩技术难以持续提升电子产品性能和降低功耗,异构集成逐渐成为后摩尔时代集成电路高密度化及电子产品高性能和多功能化的关键技术,已广泛应用于5G、大数据和人工智能等新兴领域。异构集成将不同制程、功能和尺寸的芯片通过先进基板和布线层集成在一个封装体中,形成一个多材料、多界面和跨尺度的复杂体系。由于封装结构中材料热膨胀系数不匹配,在集成电路制造、测试和服役过程中材料界面存在较大的应力,会导致界面开裂和剥离,对芯片和互连焊点的可靠性造成严重威胁。本论文基于有限元方法通过有限元分析软件ANSYS,对单个硅通孔（Through-silicon-via,TSV）结构和2.5维（2.5D）异构集成封装结构建立有限元模型,分别研究了升温过程中TSV结构界面剥离行为及温度循环条件下2.5D异构集成封装结构中可控塌陷芯片互连（Controlled collapsed chip connection,C4）焊点的疲劳寿命,并计算和分析了底部填充胶（underfill）包覆C4焊点周围underfill/钝化层和underfill/阻焊层界面裂纹能量释放率和断裂模式比的分布规律。采用有限元方法结合内聚力模型（Cohesive zone model）的模拟研究结果表明,TSV结构中Si O2介电层的存在能减缓TSV界面应力水平,但其厚度增加不改变TSV界面剥离行为;TSV端部的Cu焊盘或布线层有利于降低Cu/Si O2界面损伤和开裂的风险,并且在TSV端部开口处萌生的裂纹更倾向于沿TSV轴向扩展,而采用更厚的Cu焊盘能阻滞Cu/Si O2界面裂纹剥离扩展。采用高模量低热膨胀系数的underfill能更有效地保护焊点,提高其疲劳寿命;当模量和热膨胀系数相同时,采用玻璃化转变温度较高的underfill时焊点疲劳寿命更长;焊点附近小范围underfill界面剥离及underfill/焊点界面剥离会使C4焊点疲劳寿命下降至参考值67%左右,而大范围underfill界面剥离使焊点疲劳寿命降低至参考值50%以下。温度循环过程中C4焊点周围的环形裂纹前缘能量释放率在低温时保温阶段达到最大值,并随温度循环次数增加,裂纹尖端能量释放率重新分布;underfill/钝化层界面裂纹在θ=0°～256°（θ为裂纹尖端位置角）范围内由剪切型断裂模式控制,其临界断裂能较高,而在θ=256°～360°范围内由张开型断裂模式控制,其临界断裂能较低;underfill/阻焊层界面裂纹在θ=65°～195°范围内处于张开型断裂模式控制,临界断裂能更低,而其它位置由剪切型断裂模式控制,临界断裂能更高。