封装与可靠性已成为MEMS技术产业化的瓶颈。现在许多MEMS产品的封装还停留在沿用老的IC封装工艺的阶段，但是由于MEMS封装要求的特殊性，传统的封装形式已不能满足需要。倒装芯片封装，作为一种先进封装的代表性技术，在MEMS领域中有广泛的应用前景。但是目前，MEMS倒装芯片技术还大多数局限于实验室的开发试验阶段。其中一个关键问题就在于MEMS器件性能受封装效应的影响尤为明显。因此，研究MEMS的倒装芯片封装技术及其相关的可靠性问题变得非常重要。　　 本文主要关注MEMS倒装芯片封装设计的相关可靠性问题。通常，由于封装体中不同材料间的热失配效应，封装工艺过程和环境温度载荷会引起芯片表面的残余应力分布。这些应力的影响可能会直接改变器件的性能。MEMS器件由于其微小尺寸和存在可动部件，从本质上对各种应力敏感。本文中我们首先分析了倒装芯片封装应力在芯片表面的分布情况，并预测了这些应力分布会对MEMS器件性能造成的影响。设计了压阻式应力测试结构和相应地制作流程，用于实验检测和验证。随着高密度封装技术的发展，一些先进的封装形式如三维叠层封装已使封装系统变的越来越复杂。对于大型封装系统的设计和模拟，利用传统的软件模块和分析方法碰到了许多问题。节点分析方法，作为IC设计的经典方法，在MEMS系统的设计中也展现出了很多的优势。依据MEMS分布节点分析法的基本原理，本文初步建立了温度载荷下倒装芯片封装的节点模型。　　 本文首先建立了倒装芯片封装应力模拟的三维参数化有限元模型，分析了4x4面阵列凸点分布形式下倒装芯片表面热应力分布和变形情况。然后分别考察了2x2、6x6、8x8面阵列凸点分布形式和4x4单周、6x6单周与双周的周边阵列凸点分布形式的倒装芯片表面应力和变形的分布，并对所有分布加以比较和分析。4x4面阵列凸点分布形式倒装芯片的应力分布规律对其他凸点分布形式的倒装芯片也基本适用。但是随着凸点分布密度的增加，芯片表面的应力和变形明显增大。同时有限元模拟还考察了基板类型和基板厚度对应力分布规律的影响。借助于有限元模拟的结果，分别估测了一MEMS加工的悬臂梁器件和固支梁器件受封装应力影响后器件性能的改变情况，结果发现，对于常规4×4面阵列情况，倒装焊后的悬臂梁吸合电压的最大相对变化率为5％，而固支梁一阶固有谐振频率最大相对变化率为110％。通过对倒装芯片表面封装应力情况的模拟，得到了一些可以实际指导MEMS封装设计的有效结论。同时也更深入了解了封装应力对器件性能的影响情况。　　 文中利用节点法建模的基本思想，初步建立了温度载荷下倒装芯片行为分析的节点模型，讨论了面阵列凸点分布方案下芯片表面的变形和应变情况，探讨了4x4、6x6与8x8面阵列不同凸点分布方案对芯片表面变形和应变分布的影响，并借助有限元模拟验证了节点模型。最后由节点法和有限元的结果计算了封装变形对MEMS悬臂梁器件静电吸合电压的影响，并对叠层封装的封装效应进行了考察。　　 最后，提出了倒装芯片封装应力检测的具体实验方案，给出了针对常用倒装芯片封装结构的不同凸点分布的版图设计和相应的基板设计，以及焊接封装的工艺步骤。针对倒装芯片封装的应力检测问题，提出并设计了一种新型的带应力隔离槽的压阻式应力测试结构，并给出了测试芯片加工的具体工艺流程。　　 本文通过对MEMS倒装芯片封装效应的研究，获得一些对MEMS封装设计有指导性意义的结论。研究表明，倒装芯片封装结构产生的热机械耦合应力和应变会对MEMS器件的性能造成不可忽视的影响。本文中倒装芯片的节点模型对包含倒装形式的大型封装系统的设计和模拟有一定的意义。