三维电子封装作为最新一代的封装技术,促进了整个封装行业的发展。TSV技术作为三维电子封装的关键核心技术,其可靠性和寿命直接影响整个三维封装电子产品的可靠性和寿命。因此,研究TSV结构的可靠性和寿命极其重要。在实际工作环境中,温度、电流和随机振动是影响TSV结构可靠性和寿命的主要因素。电应力对TSV可靠性的影响主要表现为在微凸点中的电迁移效应,当较大的电流密度流经TSV结构时,将引发显著的电迁移现象,当Al互连中的电流密度达到106A/cm2时,Al互连的阴极和阳极均会发生电迁移破环,阴极处发现由原子亏空造成的空洞,而阳极处则发生了原子的堆积。导致TSV结构失效;当TSV结构处在交变温度循环的条件下时,由于各组分的热膨胀系数差异较大,产生的热应力和形变导致TSV内部结构变形,界面处造成扩散滑移,影响TSV结构的可靠性;在随机振动的载荷条件下,TSV结构因为各组分差异发生动态位移或碰撞,引起或加剧结构的疲劳与损伤,最终造成器件的失效。此外,在多种载荷同时作用的情况下,TSV结构的失效机理更加复杂,在此基础上,本文的主要研究内容如下:（1）研究了TSV结构在电、热、振动三种单应力场下的有限元仿真技术与失效机理,对仿真结果进行了基于失效物理的定性分析,并进行了基于失效物理模型的寿命预计;（2）研究了TSV结构在电-热耦合以及电-热-振动三场耦合下的有限元仿真技术与可靠性分析方法,基于多失效机理的耦合关系,预计了多场耦合下TSV的寿命;（3）验证了一种具有铜-碳纳米管复合填充结构TSV的高可靠性,通过正交仿真实验对影响TSV可靠性的各因素的重要性进行了排序,并给出该结构的可靠性最优参数组合。