在最新的电子产业中，拥有更多I/O数更新，更快，更小的电子封装器件迅速出现，柱形铜凸点技术应运而生。凸点间距越来越小，锡银焊球倒装芯片将面临技术限制，柱形铜凸点这项技术可解决此问题。但是，随着铜材料的使用，凸点的弹性模量和硬度增加，Low-K层中的第一主应力也随之增加，当芯片受到热载荷作用时Low-K层会发生破坏。因此，铜柱铜凸点倒装芯片的热机械性能研究和结构优化设计对于增强可靠性和芯片性能具有重要的理论意义和应用价值。　　本文针对柱形铜凸点这种新型倒装芯片互连形式，主要研究工作及相关结论如下:　　(1)采用热机械理论和有限单元法，对柱形铜凸点倒装芯片可靠性进行了研究，结果表明加载热载荷后:封装芯片发生显著翘曲，特别是靠近硅板中心区域，在芯片与基板交接的边缘区域，翘曲值最小;Low-K层中最大第一主应力和最大剥离应力分布在芯片的边缘区域，Low-K层中铜柱和铝垫片的界面处同时受到拉应力和压应力的影响。　　(2)探讨了PI胶开口、PI胶厚度、硅板厚度、基板厚度、凸点间距、铜柱高度等参数对Low-K层中热应力和芯片翘曲的影响。结果表明:随着PI开口尺寸，硅板厚度，凸点间距的增加，Low-K层中应力随之增加;随着PI厚度的增大，Low-K层中应力减小;随着硅板厚度，基板厚度，凸点间距的增大，芯片翘曲减小;影响Low-K层中应力大小主次排序为:PI开口、凸点间距、PI厚度、硅板厚度、铜柱高度、基板厚度;影响芯片翘曲大小主次排序为:硅板厚度、凸点间距、基板厚度、铜柱高度、PI厚度、PI开口。　　(3)采用响应面优化方法对柱形铜凸点倒装芯片进行结构优化。以Low-K层中最大第一主应力最小为目标，以PI胶开口，PI胶厚度和硅板厚度为设计变量;以芯片翘曲量等为约束条件，建立优化模型。采用多项式和Kriging两种方法将目标及约束显式化。计算结果表明Kriging模型相对均方根误差小于多项式模型，Kriging模型精确度更高。在Kriging模型中，回归函数选取二次型函数，关联函数选取高斯函数，运用二次规划优化求解，程序运行稳定，得到较理想的高可靠性、低翘曲度的芯片结构。优化后，Low-K层第一主应力和剥离应力均大幅度减小，芯片翘曲在约束范围内。该优化模型为柱形铜凸点倒装芯片的实际设计研究提供了理论基础和参考依据。