绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）模块作为常见的功率半导体器件广泛应用于风力发电、太阳能发电、电动汽车、轨道交通和家用电器等领域。由于IGBT模块集成度高、功率密度大、载流量和开关频率日益增加,导致其热损耗不断提高。掌握IGBT模块内部传热特性,并设计综合性能优异的散热器结构,对提高其运行安全性和可靠性有着重要意义。本文以某型号直接冷却IGBT模块作为研究对象,首先通过数值模拟的方法分析了模块内部的传热过程,计算出内部各层结构的热阻,结果表明热扩散板层热阻、焊料层热阻和陶瓷层热阻是IGBT模块内部热阻的主要组成部分。分析了热扩散板层、陶瓷层、焊料层的材料选用对IGBT模块热阻的影响。综合考虑IGBT模块热阻、成本、形变和工作循环寿命等因素,内部结构的最佳封装方案应该为:热扩散板选用Al Si C,陶瓷层选用Si3N4,焊料选用Sn-Ag。在热扩散板顶部添加一层具有高横向导热系数的石墨复合材料,可以减少热扩散板的扩散热阻,从而减小芯片结温。其次,研究了冷却介质的流量大小和种类对IGBT模块传热性能的影响,在入口流量为10 L/min～20 L/min的情况下,分别以纯水、40%乙二醇溶液和50%乙二醇溶液为冷却介质,得到了IGBT模块的结温分布、散热器流道内的压力分布,结果发现随着流量的提高,芯片结温降低,但流量超过14 L/min后,结温下降率减小;散热器的压降随着流量的提高而增大,当流量超过16 L/min后,压降增大率提高。同等条件下,采用纯水作为冷却介质比采用50%乙二醇溶液作为冷却介质的模块总热阻至少低16.4%,散热器的进出口压降至少低8.16%。最后,对直接冷却IGBT模块的散热器针肋结构进行了改进设计,通过数值计算分析了不同针肋纵向间距（即3.61 mm、3.00 mm和2.25 mm）、不同针肋形状（即圆柱、正三棱柱、正四棱柱和圆台）以及不同进出口布局（即I型和Z型）等条件下直接冷却IGBT模块的散热器热阻和流阻特性。引入综合性能评价因子对散热器结构进行评估,结果发现将针肋的纵向间距减小或者将针肋形状设计正四棱柱、正三棱柱,都可以使得散热器的综合性能得到提升,其中正四棱柱对应的综合性能评价因子是这六种结构中最高的,而改变进出口布局的方式或者将针肋设计为圆台形,并不能提升散热器的综合性能。