随着芯片封装密度急剧增加,传统封装技术已很难满足封装要求,系统级封装应运而生。系统级封装是封装技术和架构不断创新的综合体现,实现了芯片轻、薄、小、高性能和高可靠性的目标。堆叠封装是多芯片常用的系统级封装形式,对于多芯片而言,各层芯片产生的热量会相互耦合,容易导致芯片过热而失效,因此针对堆叠封装的结温预测与优化研究具有重要意义。本文首次以交错堆叠DDR模组为研究对象,提出了一套完整的结温预测技术,采用有限元软件Icepak建立模组的热仿真模型并仿真得到主要热流路径,利用热阻矩阵预测多组工况下模组的结温,发现计算值与仿真值之间的误差不超过5%。基于模组内部具体结构创建热阻网络模型并判断出热阻较大的组件,随后详细分析了组件材料(塑封料、粘接胶的材料和PCB铜覆盖率)、结构尺寸(塑封料和裸片的尺寸)以及组件位置(IPD芯片在叠层中的位置以及芯片交叠的长度)对模组结温的影响。此外,本文提出了一种基于改进的正交实验的结温优化技术,连续两次采用正交实验对模组整体的散热性能进行优化分析,得到影响模组结温的主次排序为塑封料热导率、芯片交叠长度、粘接胶热导率和裸片厚度。将各个因素的最优值进行组合作为最优设计,经仿真后发现与初始模型相比,最优设计可令结温下降4.74%。本文最后对比了悬臂型、金字塔型、金字塔与悬臂组合型封装和交错堆叠型封装之间的散热性能,并采用改进的正交实验进行优化,仿真结果表明交错堆叠型封装与三种传统的堆叠封装相比,结温分别下降了3.62%、7.95%和5.63%。