随着世界各国对节能环保的重视,以风力发电、光伏发电和新能源汽车为代表的新能源产业近年来得到了迅速发展。基于功率半导体模块的功率变换器是关系新能源发电可靠性及其并网稳定性的重要环节,也是决定电动汽车启动和加速性能的关键部件。当前,功率变换器设计时通常留有1.1-1.2倍的过载裕量,然而现有的裕量设计对于电网支撑和电动汽车启动性能提升的需求来说仍然有较大差距。功率半导体模块作为功率变换器的心脏,其短时过载能力强弱直接决定功率变换器的过载性能。基于此,本文以多芯片并联功率模块为研究对象,围绕提升功率模块短时过载能力的目标,从多芯片功率模块的内部均流和功率模块结温调控两个层面,深入研究了相关理论和方法,并进一步提出了新的多芯片功率模块均流设计、主动均流方法和基于相变材料的结温调控设计。论文的主要工作包括:（1）针对功率模块的短时过载特性问题。首先,从功率模块应用背景出发,指出功率模块短时过载能力是决定功率变换器性能的关键因素;随后,结合国内外研究现状,提出了多芯片模块内部均流和结温调控这两种可有效提升功率模块短时过载能力的解决方案;最后,总结了现有研究成果存在的不足,提出了本论文的具体研究内容和目标。（2）针对多芯片模块内部电流分布不均导致特定芯片电流应力大,易形成薄弱点,不利于芯片额定电流的利用和功率模块过载能力提升的问题。首先,从典型的多芯片并联功率模块的动态特性展开研究,深入分析了影响功率模块动静态均流的关键因素;其次,通过研究驱动回路和功率回路寄生电感对动态均流的影响,建立了多芯片模块内部均流理论模型;最后,通过建立功率模块的寄生参数模型,提出了功率模块寄生电感的计算方法,为本文后续的功率模块设计提供了理论基础和方法依据。（3）针对多芯片并联均流问题,提出了新的功率模块设计和主动均流方法。首先,分析了现有的商业模块常用的几种DBC布局的寄生电感分布及其电流分布特性;然后,利用寄生参数快速计算模型完成了功率模块设计的快速迭代,以电流均匀分布作为目标,提出了一种寄生电感对称的DBC布局方案,并和现有方案进行对比,通过仿真和动态特性实验验证了所设计的模块可实现动态均流;最后,针对功率模块长期运行造成的芯片参数漂移而导致的静态电流分布不均匀,提出一种基于磁耦合的主动均流方案,详细分析了磁耦合的主动均流机理和核心部件耦合电感的设计方法,并通过和串联电阻方案的对比实验验证了磁耦合均衡并联支路电流的作用。（4）针对传统封装材料、散热方法和功率模块结构对功率模块短时过载能力提升不足的问题。首先,研究了基于相变材料的结温调控方法,提出了功率模块短时过载的结温调控方法;其次,通过对不同相变材料和导热增强方法对功率模块短时过载能力提升的详细研究,分析了相变材料在功率模块中的最合适布置位置,并建立了计及相变效应的功率模块热模型;在此基础上,开展了导热增强框架结构、开孔位置及开孔形状对功率模块短时过载能力影响的理论仿真研究,提出了短时过载能力增强型的功率模块结构;最后,利用有限元计算方法得到了所设计功率模块的温度分布特性,验证了所提方法在短时限制结温中的有效性。（5）为了准确评估相变材料的结温调控方法对功率模块短时过载能力提升效率。首先,基于改进的集成相变材料的功率模块封装工艺,制作了一款集成相变材料的功率模块;其次,基于该功率模块搭建了短时电流过载的实验测试平台,深入开展了过载条件下的功率模块结温测试和相变材料在相变过程的温度变化规律,实验结果验证了在功率模块内部集成相变材料的可行性和相变材料在限制功率模块电流过载期间温度上升的有效性;最后,通过实验分析了有无相变材料、相变材料的用量以及过载电流倍率对过载时间的影响,进一步验证本研究所提出内部均流和相变材料的结温调控方法在限制功率模块短时过载方面的可行性和有效性。实验结果表明,本研究设计的功率模块实现了多芯片之间的并联均流和结温调控,可以承受3秒以上的3倍过载。本论文研究成果对功率模块可靠性设计以及短时过载能力增强机理与方法具有重要的学术价值和技术支撑,对低电感、高压、高温等特殊需求的功率模块设计亦有一定的参考意义。