随着系统级封装技术的不断成熟以及电子信息系统的小型化,封装与互连结构的集成密度急剧增加,集成电路所面临的热环境正变得愈加复杂,以致影响集成电路的电特性及整个系统的性能和可靠性,热问题及其与电磁问题的相互耦合已经成为限制集成电路发展的障碍之一。因此,在分析设计系统时必须同时考虑电磁与热问题的相互影响,进行协同分析和设计,而找到一种适合系统级封装特点的高效精确数值电热仿真技术具则有非常重要的作用和意义。本文围绕封装与互连结构的瞬态热问题以及相关的电磁-热耦合问题,仿真分析了封装系统的热特性,分析了高密度互连线的电热耦合效应,并实现了三维全波电磁场-热场的耦合仿真分析。为了满足电热仿真技术高效精确的要求,本文将一种快速算法:交替方向隐式(ADI)差分算法引入到热场计算中,通过求解瞬态热响应,将算法的仿真结果和商业仿真软件进行比较,算法的高效性与精确性得到了验证。在此基础上,我们对典型封装系统的热特性进行了快速仿真与分析,高效精确的获取系统温升分布不但能指导封装的热设计与热优化,更能作为电热协同分析与设计的基础。通过对多层高密度互连线在静电脉冲(ESD)作用下的瞬态热响应进行快速仿真,显示了互连线自热效应的严重性以及电热耦合分析的迫切性。在仿真中,材料的电导率、热导率以及芯片功耗随温度的变化都进行了全面考虑。最后,我们结合了热ADI以及电磁ADI-FDTD算法,对电磁脉冲(EMP)作用Debye媒质的瞬态电磁-热耦合过程进行了仿真,Debye媒质的频变特性以及温变特性都考虑在内。通过对数值结果的分析可以得出结论:ADI电磁-热耦合算法在处理电磁-热耦合问题上具备高效性与精确性。