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“电子封装力学仿真方法进展及应用”专题前言
龙旭
在全球半导体产业格局深刻演变的背景下，先进制程受限已成为制约高端芯片发展的关键因素，推动了封装技术由后道支撑向系统级赋能的重要转变。通过先进封装实现性能提升、功能集成与可靠性保障，已成为提升芯片综合性能的重要战略路径。电子封装通常具有多场耦合（热-力-电-湿等）、多几何尺度（纳米至宏观）以及多种异质材料协同作用等典型特征，其服役行为复杂且高度非线性。因此，发展电子封装力学仿真方法，对于揭示关键失效机理、优化结构设计以及提升器件长期服役可靠性具有基础性和前瞻性意义，是支撑未来高性能电子器件发展的核心技术途径之一。本专题围绕“电子封装力学仿真方法进展及应用”主题，旨在系统梳理并推动电子封装力学领域的关键科学问题与工程应用发展。当前，面向先进封装结构与材料体系的仿真方法，亟待准确描述复杂服役环境下多物理场耦合力学行为，对本构模型、损伤演化模型以及寿命预测模型提出了更高要求。其中，本构损伤模型作为连接材料细观机制与宏观响应的核心桥梁，是实现高精度仿真的关键基础，也是当前国际学术界与工程界重点攻关的前沿方向。此外，如何构建统一的电子封装力学可靠性评估框架，实现从封装材料、结构到系统层级的跨尺度预测能力，对于推动电子封装力学分析由经验驱动向模型驱动转变具有重要意义。
本专题收录的十篇论文从不同层面系统展示了电子封装力学仿真方法的最新进展。在基础理论方面，围绕先进互连结构中的界面力学行为与跨尺度耦合机制，深化了对微结构演化与宏观响应之间内在联系的认识，为关键失效机理分析提供了重要支撑。在方法发展方面，针对复杂封装体系多物理场耦合与多尺度特征所带来的建模挑战，相关研究提出了多种高精度数值方法与仿真策略，包括改进有限元方法、高保真湿扩散建模以及随机建模与不确定性分析方法，有效提升了仿真的准确性与稳健性。在工程应用方面，围绕典型封装结构与器件在热力耦合及复杂环境载荷下的服役行为，系统分析了材料性能、结构设计与可靠性之间的内在联系，为工程优化提供了重要依据。在工艺与新型封装问题方面，针对封装制造过程中产生的关键缺陷及新型器件集成中的多场耦合行为开展了深入研究，拓展了力学仿真方法在先进封装领域中的应用边界。上述研究在理论认知、方法创新与工程应用之间形成了紧密衔接，充分体现了电子封装力学仿真的综合性与前沿性。
在此，我谨向所有作者在本专题中的辛勤工作与重要贡献表示衷心感谢，同时感谢审稿专家的专业评议与编辑团队的精心组织。展望未来，随着异质集成、三维封装及新型功能器件的快速发展，电子封装材料和结构将面临更加复杂的服役环境与更高的可靠性要求，亟需发展更加精准、高效且具有物理约束的力学仿真方法。可以预见，电子封装力学仿真将在材料设计、结构优化及可靠性评估中发挥愈加关键的作用，为我国先进封装技术的发展提供坚实的理论基础与技术支撑。
2026年第26卷第3期
pp.030000
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龙旭. “电子封装力学仿真方法进展及应用”专题前言[J]. 电子与封装, 2026, 26(3): 30000-.
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热电器件集成电子封装的数值模拟研究：方法、应用与未来方向*
张万田, 袁恒, 逯瑶
随着电子器件向高功率密度和微型化发展，其热管理问题日益突出。热电器件因兼具废热回收与主动制冷功能，被认为是现代紧凑型电子封装中极具潜力的能量转换与散热方案。针对热电器件集成电子封装的数值模拟方法，现有研究主要利用有限元分析、多物理场耦合分析以及分子动力学模拟等关键技术，对器件在热管理、界面可靠性及结构优化等方面进行了深入探索与评估。然而，当前数值模拟方法仍存在模型精度有限、计算成本较高及难以兼顾多尺度特征等问题。未来研究可进一步探索人工智能辅助仿真、跨尺度仿真等方向，以提升热电器件集成电子封装模拟的准确性和效率。
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张万田, 袁恒, 逯瑶. 热电器件集成电子封装的数值模拟研究：方法、应用与未来方向*[J]. 电子与封装, 2026, 26(3): 30001-.
ZHANG Wantian, YUAN Heng, LU Yao. Numerical Simulation Study on Integrated Electronic Packaging of Thermoelectric Devices: Methods, Applications, and Future Directions[J]. Electronics & Packaging, 2026, 26(3): 30001-.
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高低温环境下多层片式陶瓷电容器板弯失效分析*
孙佳琛, 杨森, 徐琴, 沈飞, 柯燎亮
多层片式陶瓷电容器（MLCC）是目前应用最为广泛的无源器件之一。当印制电路板过度弯曲时，MLCC中的脆性陶瓷介质会发生开裂，裂纹穿透内电极导致器件短路。针对这一失效现象，基于Surface Evolver软件准确生成了焊料的几何形态，并采用复合材料均匀化方法对MLCC有源区进行了等效简化，构建了三维热-力耦合有限元模型，计算了3种型号MLCC在5个温度条件（−25、0、25 、50、80 ℃）下的弯曲应力分布。此外，开展了高低温环境下板弯原位试验，试验结果与有限元结果在失效应变值和裂纹起始位置上均具有良好的一致性，验证了有限元模型的准确性。研究结果表明，相较于高温，低温条件下MLCC更容易发生开裂，具有更小的弯曲失效应变。
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孙佳琛, 杨森, 徐琴, 沈飞, 柯燎亮. 高低温环境下多层片式陶瓷电容器板弯失效分析*[J]. 电子与封装, 2026, 26(3): 30002-.
SUN Jiachen, YANG Sen, XU Qin, SHEN Fei, KE Liaoliang. Flexural Failure Analysis of Multilayer Ceramic Capacitors Under High and Low Temperature Conditions[J]. Electronics & Packaging, 2026, 26(3): 30002-.
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智能卡传递模塑过程诱发的金线偏移仿真计算*
刘蒙恩, 宋晓健, 江永, 代岩伟
塑料封装是集成电路制造的核心环节之一。对于智能卡塑封，在薄型化和成本的约束下，多腔体传递模塑成为常见选择。传递模塑过程中，熔融环氧塑封料的复杂流变与固化行为易引发金线偏移，进而影响金线互连结构的稳定性与可靠性。以薄型多型腔模塑中的金线偏移为研究对象，构建了包含完整流道与多型腔的模型。结合单因素分析与正交实验方法，探究了高型腔数条件下模具温度、传递压力及充填时间对金线偏移行为的影响。结果表明，在0.33 mm薄型多腔体智能卡封装中，金线偏移随型腔位置变化而变化，且对充填时间和模具温度高度敏感，而对传递压力的敏感性相对较弱。研究结果对薄型智能卡传递模塑工艺参数的优化具有一定的参考价值。
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刘蒙恩, 宋晓健, 江永, 代岩伟. 智能卡传递模塑过程诱发的金线偏移仿真计算*[J]. 电子与封装, 2026, 26(3): 30003-.
LIU Meng’en, SONG Xiaojian, JIANG Yong, DAI Yanwei. Simulation of Gold Wire Sweep Induced by Transfer Molding Process for Smart Cards[J]. Electronics & Packaging, 2026, 26(3): 30003-.
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塑封半导体器件耐湿热可靠性研究方法及进展*
马立凡, 胡妍妍, 王珺
塑封半导体器件在高温高湿环境下的可靠性是其长期稳定运行的关键因素之一。环氧塑封料（EMC）聚合物基体的吸湿性可降低器件内部界面的强度，从而引发腐蚀；同时，较高的湿热应力增加了界面分层失效、器件翘曲等风险。综述国内外关于塑封半导体器件耐湿热可靠性的研究进展，包括湿热失效机理、湿扩散理论、湿热可靠性实验、仿真方法及常用表征技术等，并从材料的选择与改性、结构设计及封装工艺3方面总结塑封半导体器件湿热可靠性的优化策略和改善途径，为塑封半导体器件在湿热环境下的可靠性设计和评估提供参考与方法指导。
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马立凡, 胡妍妍, 王珺. 塑封半导体器件耐湿热可靠性研究方法及进展*[J]. 电子与封装, 2026, 26(3): 30004-.
MA Lifan, HU Yanyan, WANG Jun. Methods and Advances in Hygrothermal Reliability of Plastic-Encapsulated Semiconductor Devices[J]. Electronics & Packaging, 2026, 26(3): 30004-.
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基于边的光滑有限元法的封装模块电热力仿真研究*
高方腾, 陈沛, 杨茗勋, 秦飞
在电力电子器件向高功率密度演进的过程中，封装互连可靠性是制约其使用寿命与性能发挥的关键瓶颈。尤其对于应用于大电流环境下的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块，其各类可靠性问题更加凸显。近年来学者提出的一系列光滑有限元方法（S-FEM）中，基于边的光滑有限元法（ES-FEM）具有较低的网格畸变敏感性和更好的时域稳定性，展现出更高的计算精度。将ES-FEM拓展至多物理场耦合仿真领域，提出一种新型的电热力仿真方法，并通过IGBT模块算例与有限元方法（FEM）进行对比分析，验证该新型仿真方法的有效性和高效性。研究结果表明，在采用相同网格划分时，ES-FEM可获得比FEM更精确的结果。
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高方腾, 陈沛, 杨茗勋, 秦飞. 基于边的光滑有限元法的封装模块电热力仿真研究*[J]. 电子与封装, 2026, 26(3): 30005-.
GAO Fangteng, CHEN Pei, YANG Mingxun, QIN Fei. Electro-Thermo-Mechanical Simulation of Packaging Modules via Edge-Based Smoothed Finite Element Method[J]. Electronics & Packaging, 2026, 26(3): 30005-.
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基于封装结构版图的高保真湿扩散仿真方法*
刘泓利, 代岩伟, 秦飞
面向集成电路领域高环境适应性与高集成度的发展需求，封装器件的湿可靠性与多尺度问题研究尤为重要。电子封装结构的高密度金属布线与版图布局是影响湿扩散的主要因素。以集成电路典型封装结构为研究对象，应用基于封装结构版图的高保真有限元建模方法，旨在精确表征复杂互连结构分布对封装内部湿气扩散路径的影响。基于菲克扩散方程与热传导方程在数学上的相似性，采用热传导分析模块类比模拟湿气在有机封装材料与金属材料中的扩散行为。高保真有限元建模方法在提升封装结构版图分辨率时，面临建模精度与效率的平衡问题。经验证，将分辨率控制在100×100至200×200区间时，建模时间可大幅降至425×425高分辨率模型的6.044%，同时仍保持较高的计算精度。仿真结果表明，湿气在封装结构中的扩散行为受隔湿性材料分布特征引导。该方法可发展应用于三维堆叠结构，可为电子封装器件抗湿性能的结构版图优化设计提供指导。
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刘泓利, 代岩伟, 秦飞. 基于封装结构版图的高保真湿扩散仿真方法*[J]. 电子与封装, 2026, 26(3): 30006-.
LIU Hongli, DAI Yanwei, QIN Fei. Simulation Method of High-fidelity Moisture Diffusion Based on the Layout of Packaging Structure[J]. Electronics & Packaging, 2026, 26(3): 30006-.
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电子封装随机有限元建模与不确定性分析研究综述*
储柳, 黄亚威
电子封装异质互连结构是芯片微型化与功能集成的关键技术，其数值计算涉及多源不确定性、材料与几何非线性、多场耦合等复杂问题。近年来，随机有限元（SFEM）数值模拟在电子封装领域得到广泛应用，为不确定性量化分析与可靠性评估提供了重要方法。系统综述了电子封装异质互连结构在几何、材料及边界条件3类不确定性下的建模理论与数值实现。针对结构尺寸偏差、形貌翘曲、材料性能波动及工况扰动等多源随机性，构建了多场耦合SFEM、数据驱动SFEM与Kriging代理模型的综合分析体系。通过在热-力-电耦合方程中引入随机变量与随机场，实现高维不确定性传播与统计可靠性评估，推动封装系统由确定性仿真向概率化分析转变。基于数据驱动的SFEM框架融合实验、标准与仿真数据，实现多源不确定性变量的正则化与分布识别；Kriging代理模型则在高维非线性响应中兼顾结果预测与不确定性度量。相关研究为复杂电子封装系统的可靠性设计、寿命预测与数字孪生构建提供了可扩展的理论基础与数值支撑。
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储柳, 黄亚威. 电子封装随机有限元建模与不确定性分析研究综述*[J]. 电子与封装, 2026, 26(3): 30007-.
CHU Liu, HUANG Yawei. Review of Stochastic Finite Element Modeling and Uncertainty Analysis in Electronic Packaging[J]. Electronics & Packaging, 2026, 26(3): 30007-.
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混合键合界面力学行为的多尺度仿真：研究进展与挑战*
蔡新添, 舒朝玺, 习杨, 东芳, 张适, 严晗, 刘胜, 彭庆
混合键合是实现高密度三维异质集成的关键互连途径，其界面力学可靠性对先进封装器件的性能与良率具有决定性影响。然而，材料热膨胀系数失配、超薄晶圆翘曲以及纳米尺度界面缺陷等问题，易引发显著的应力集中、界面分层乃至结构失效，已成为制约技术技术规模化应用的核心因素。系统综述了混合键合界面力学行为的多尺度仿真研究进展，梳理了从宏观连续介质尺度到微观原子尺度的建模策略，阐述了各尺度研究中侧重的关键问题与面临的挑战。在此基础上，进一步探讨了量子-连续介质耦合建模、人工智能驱动的逆向工艺设计以及数字孪生闭环优化等前沿方向。通过上述多尺度仿真与智能方法的深度融合，将有望实现混合键合研发范式从“经验试错”到“模型驱动”的根本性转变，从而为后摩尔时代的高密度集成提供关键力学支撑。
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蔡新添, 舒朝玺, 习杨, 东芳, 张适, 严晗, 刘胜, 彭庆. 混合键合界面力学行为的多尺度仿真：研究进展与挑战*[J]. 电子与封装, 2026, 26(3): 30008-.
CAI Xintian, SHU Chaoxi, XI Yang, DONG Fang, ZHANG Shi, YAN Han, LIU Sheng, PENG Qing. Multiscale Simulation of Mechanical Behavior at Hybrid Bonding Interfaces: Research Progress and Challenges[J]. Electronics & Packaging, 2026, 26(3): 30008-.
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集成电路三维封装力学仿真方法综述*
王凤娟, 马丁, 孙传鸿, 尹湘坤, 杨媛, 余宁梅, 余明斌, 李言
随着芯片集成度的不断提升与封装尺寸的持续缩小，摩尔定律逐渐逼近物理极限。为延续摩尔定律的发展，传统的二维平面封装已逐步向三维立体封装演进。然而，由于三维（3D）封装的复杂性和异构性，且封装结构内部不同材料的热膨胀系数（CTE）存在差异，在温度循环、工作高温及环境应力的共同作用下，界面处易产生热应力集中，进而引发焊点疲劳断裂、硅通孔（TSV）侧壁开裂及层间剥离等力学失效问题。在此背景下，3D封装力学仿真技术已成为解决此类问题的重要手段，开展相关研究的必要性与紧迫性日益突出。系统梳理集成电路3D封装力学仿真技术的现有研究方法与最新进展，明确3D封装典型力学失效问题及对应的力学本构与失效准则，分类阐述有限元法（FEM）、边界元法（BEM）2类核心仿真方法的基本原理、适用场景及技术局限，进而分析基于FEM和BEM的多物理场耦合仿真方法的技术演进逻辑及其在复杂失效场景中的应用价值，总结当前技术体系的核心瓶颈，并展望其未来发展前景。
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王凤娟, 马丁, 孙传鸿, 尹湘坤, 杨媛, 余宁梅, 余明斌, 李言. 集成电路三维封装力学仿真方法综述*[J]. 电子与封装, 2026, 26(3): 30009-.
WANG Fengjuan, MA Ding, SUN Chuanhong, YIN Xiangkun, YANG Yuan, YU Ningmei, YU Mingbin, LI Yan. Review of Mechanical Simulation Methods for 3D Integrated Circuit Packaging[J]. Electronics & Packaging, 2026, 26(3): 30009-.
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塑封材料特性对SiC扇出型板级封装热-机械行为的影响研究*
吴奥洲, 李雯钰, 杜伟, 陈俊伟, 佘乃东, 宋关强, 樊嘉杰
SiC器件的高功率密度与封装微型化趋势，使得环氧塑封料（EMC）的热-机械性能成为决定器件性能与可靠性的关键因素。在先进的扇出型板级封装（FOPLP）中，这一挑战尤为突出，因为EMC不仅承担绝缘任务，更是结构机械支撑与阻碍散热的主体。为探究不同EMC对FOPLP热-机械性能的具体影响规律，以2种不同填料体系的商用EMC为研究对象，系统表征了其关键热-机械物性，随后通过热阻与热翘曲实验，揭示了材料差异对封装性能变化的影响。同时，建立了FOPLP结构的热-机械耦合有限元（FEA）仿真模型，进行仿真验证，分析了不同EMC对封装性能的最终影响，并验证了所构建的FEA仿真模型的准确性。研究结果表明Al2O3填充EMC在热阻与热翘曲方面优于SiO2填充EMC，所构建的FEA模型能高精度地预测封装的热机械行为，证实了此实验-仿真综合评估方法的有效性。
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吴奥洲, 李雯钰, 杜伟, 陈俊伟, 佘乃东, 宋关强, 樊嘉杰. 塑封材料特性对SiC扇出型板级封装热-机械行为的影响研究*[J]. 电子与封装, 2026, 26(3): 30010-.
WU Aozhou, LI Wenyu, DU Wei, CHEN Junwei, SHE Naidong, SONG Guanqiang, FAN Jiajie. Study on the Effect of Encapsulation Material Properties on the Thermo-Mechanical Behavior of SiC Fan-Out Panel-Level Packaging[J]. Electronics & Packaging, 2026, 26(3): 30010-.
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基于WLCSP封装的应力分析和重布线层结构优化
张春颖, 江伟, 刘坤鹏, 薛兴涛, 林正忠
晶圆级芯片封装（WLCSP）通过引入重布线层（RDL）有效提高I/O密度，是实现高密度、高性能封装的重要技术之一。WLCSP器件在服役期间要经受较大的温度变化，受到不同材料热膨胀系数失配的影响，进而容易产生分层和开裂，甚至导致封装互连失效。芯片互连失效的根本原因是应力过大，顶层金属（TM）的不均匀性会严重影响应力大小。基于此失效问题，研究了WLCSP结构中RDL和TM的稀疏程度、稀疏位置、RDL连续性以及芯片结构对应力的影响，并针对WLCSP结构中芯片失效问题给出规律性总结和优化建议。研究结果表明，1P2M的RDL和TM分布不均匀对应力均有很大影响，RDL和TM稀疏位置对芯片应力影响不大，RDL连续性越好应力越小，TM稀疏面积越大应力越大；相比1P2M结构，2P2M结构能明显降低芯片应力，TM分布不均匀对芯片应力影响不大，而RDL的分布不均对芯片应力影响较大。
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张春颖, 江伟, 刘坤鹏, 薛兴涛, 林正忠. 基于WLCSP封装的应力分析和重布线层结构优化[J]. 电子与封装, 2026, 26(3): 30201-.
ZHANG Chunying, JIANG Wei, LIU Kunpeng, XUE Xingtao, LIN Zhengzhong. Stress Analysis and Redistribution Layer Structural Optimization Based on WLCSP[J]. Electronics & Packaging, 2026, 26(3): 30201-.
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一种数字波束合成芯片的FPGA验证系统搭建
杨业, 符青, 曹靖, 王志龙, 胡兵, 汤涛
数字波束合成（DBF）芯片是一种复杂的专用集成电路（ASIC）芯片，其流片前的验证工作对提高芯片成功率至关重要。提出了一种基于可编程门阵列（FPGA）的原型验证系统搭建方法，采用思尔芯科技的Quad VU验证板和树莓派开发板，模拟芯片流片后的应用场景。通过合理裁剪芯片设计代码，替换FPGA不可编译的模块，并重新设计时钟架构，实现了数字波束合成芯片在FPGA上的功能验证。实验结果表明，该系统能够有效验证芯片的数据处理流程和多片级联功能，为芯片回片测试奠定了坚实基础。
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杨业, 符青, 曹靖, 王志龙, 胡兵, 汤涛. 一种数字波束合成芯片的FPGA验证系统搭建[J]. 电子与封装, 2026, 26(3): 30301-.
YANG Ye, FU Qing, CAO Jing, WANG Zhilong, HU Bing, TANG Tao. Construction of an FPGA Verification System for Digital Beamforming Chip[J]. Electronics & Packaging, 2026, 26(3): 30301-.
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无衬底Micro LED芯片直显研究进展*
梁劲豪, 余亮, 陈勇林, 屠孟龙
Micro LED技术具有众多优势，如高亮度、高对比度、高分辨率、低功耗以及长寿命等。随着芯片尺寸逐渐减小，无衬底Micro LED芯片应用研究需求越来越迫切。得益于无衬底Micro LED芯片的微小尺寸，屏体发光单元占屏体整体面积不足1%，底黑区域占比的提升能显著提高屏体的对比度。简要对比了Micro LED在PM以及AM玻璃基板上的应用。其中PM驱动玻璃基板线宽、线距最小可达12 μm（传统PCB基板极限为50 μm），因此PM玻璃基板更适配微小尺寸芯片。PM玻璃基板与巨量通孔技术和厚铜技术结合能实现成本与显示效果之间的平衡。同时针对玻璃基板存在的强度以及可靠性问题进行了相对应的方案设计并实现了预期目标。与之相对的AM驱动LED显示屏采用全倒装高压μA级晶片，使用电压为12 V的开关电源，通过高电压、低电流驱动模式，能显著降低电流密度，同时AM驱动的像素级精准调控支持任意区域独立升压，可实现局部峰值亮度显示。PM和AM驱动玻璃基板分别通过不同的方案实现无衬底Micro LED芯片在直显方面的应用，推动显示技术向超高清、低功耗方向迭代。
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梁劲豪, 余亮, 陈勇林, 屠孟龙. 无衬底Micro LED芯片直显研究进展*[J]. 电子与封装, 2026, 26(3): 30401-.
LIANG Jinhao, YU Liang, CHEN Yonglin, TU Menglong. Research Progress on Substrate-Free Micro LED Chips for Direct Display[J]. Electronics & Packaging, 2026, 26(3): 30401-.
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多尺度电子封装结构热力耦合分析的虚单元法
公颜鹏, 李思帅
2026年第26卷第3期
pp.030601
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公颜鹏, 李思帅. 多尺度电子封装结构热力耦合分析的虚单元法[J]. 电子与封装, 2026, 26(3): 30601-.
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