三维集成技术利用穿透硅基底的硅通孔（TSV）,实现了各芯片层器件间的电气连接,一起完成一个或多个功能,使得三维集成电路（3D IC）具有高密度、低延时、低带宽等优势,为解决互连问题和延续摩尔定律提供了可能的技术方案。由于现阶段TSV的制造工艺还不能满足目前的需求,在制造的过程中,TSV容易出现各种缺陷,本文主要针对TSV中心导体中出现空洞缺陷造成的开路故障,绝缘层出现针孔缺陷造成的短路故障以及两者同时出现时所形成的复合故障等进行建模分析,故障测试与故障诊断。存在缺陷的TSV会降低3D IC的良品率以及性能的可靠性,因此对绑定前的TSV故障测试技术的研究变得很有必要。传统的探针测试会对TSV造成人为的以及应力性的损伤。基于此本文提出一种非探针的TSV复合故障测试方法,主要研究工作如下:1.以TSV中心导体出现的空洞,针孔为研究对象,在三维全波电磁仿真软件HFSS中建立TSV开路故障、短路故障以及复合故障的三维仿真模型,针对不同故障类型,通过S参数分析TSV缺陷的结构参数变化对信号传输的影响。基于高速电路理论及参数提取方法,在高速电路仿真软件ADS中分别建立这三种故障的等效电路,并获取各自的S参数,通过在两者仿真环境下得到的S参数,进行相互对比,验证各等效电路模型的正确性。2.提出基于环形振荡器的TSV非探针测试方法,该方法以待测TSV作为环形振荡器的负载,以环形振荡器的振荡周期与占空比为测试参数,由于不同故障类型导致的参数变化不同,由仿真结果可得,该方法在一定程度上能够检测出多种故障类型,扩大了故障测试的覆盖范围。3.结合机器学习算法与环形振荡器测试结构,以不同故障的振荡周期与占空比作为特征向量,采用智能算法对故障特征集进行故障诊断。提出一种粒子群算法（PSO）优化最小二乘支持向量机（LSSVM）的TSV故障诊断模型,由于PSO容易出现局部最优和早熟收敛问题,从而导致TSV故障的误判。提出一种动态改变惯性权重策略的粒子群算法（W-PSO）优化LSSVM的TSV故障诊断模型,仿真结果表明,改进后的故障诊断模型在诊断的正确率上要优于PSO-LSSVM,且本文所提出的测试方法能够对开路故障、短路故障以及不同程度的复合故障进行有效的诊断。