压接型绝缘栅双极型晶体管（Press Pack Insulated Gate Bipolar Transistor,PP-IGBT）器件具有功率密度高、双面散热、短路失效模式等优势,是柔性直流换流阀等大容量电力电子装备的理想器件。为了提升柔性直流输电系统的安全可靠运行能力,要求压接型IGBT器件具备足够的短路耐受能力。由于短路失效瞬间发生,现有基于实验测试的短路失效研究难以准确表征压接封装IGBT器件短路失效诱发机理,亟待开展压接型IGBT器件短路失效模拟方法研究。论文以国产化3.3k V/50A压接型IGBT器件为对象,从器件-元胞-材料的多层级角度,开展短路失效多层级建模及仿真、失效诱发机理分析及验证、短路耐受能力提升方法研究。论文的主要研究内容包括:1针对宏观封装失效应力与微观材料失效条件难以直接耦合的问题,提出压接型IGBT器件短路失效器件-元胞-材料多层级建模方法。首先,建立压接型IGBT器件层级多物理场耦合模型并导入短路失效工况,获取IGBT芯片在短路过程中的电热分布规律;其次,建立IGBT芯片元胞层级多物理场耦合模型,导入器件层级模拟结果作为边界条件,分析短路失效发生部位相邻并联元胞铝-硅结构的电-热-机械应力分布差异;最后,建立元胞内铝-硅界面材料层级分子动力学模型,导入元胞层级模拟结果作为边界条件,分析引发芯片材料失效的铝、硅材料互融的临界条件以及界面温度和界面应力对铝-硅互融的影响。2针对现有压接型IGBT器件短路失效研究忽略失效发生条件和部位的问题,提出失效诱发机理多层级分析和实验验证方法。首先,基于器件-元胞-材料层级模拟结果,揭示由材料失效诱发器件短路失效的机理,分析短路失效发生条件与部位;其次,搭建短路测试实验平台,通过短路耐受测试评估器件的短路耐受能力,并分析短路失效过程中电学参数变化规律;最后,对失效芯片的失效部位进行扫描电镜和能谱仪分析,揭示芯片失效前后材料特性变化规律,以验证材料失效诱发器件短路失效的机理和芯片失效部位相对概率分布的有效性。3针对压接封装失效引起芯片材料失效会诱发压接型IGBT器件短路失效的问题,提出一种基于改善IGBT芯片有源区边缘散热的封装优化方法,以提升器件短路耐受能力。首先,基于压接型IGBT器件的短路失效诱发机理,针对IGBT芯片的失效薄弱部位,提出一种在芯片有源区边缘表面覆盖导电银胶以改善有源区边缘瞬态散热能力的封装优化方法;其次,通过多物理场耦合有限元仿真分析器件在优化前后的电-热-机械应力分布差异;最后,提出导电银胶优化工艺方法,并通过实验测试对比器件在优化前后的短路耐受能力。论文研究成果为全面测评国产高压大功率压接型IGBT器件在短路运行工况下的封装可靠性提供技术支撑,为其封装优化设计提供理论指导,也为失效演化机制和短路耐久性研究奠定基础。