功率器件的小型化轻薄化设计使其体积不断缩小,模块内部能量密度成倍增加,巨大的热载荷容易引发热失效,进而导致器件可靠性降低影响其使用寿命。因此,越来越多功率器件抛弃传统的引线键合技术转而采用热阻更低,散热性能更好,机械可靠性更高的铜片夹扣键合技术。但由于器件内部不同材料的热膨胀系数失配,工作条件下的铜片夹扣键合封装仍面临着热应力值大的问题,急需对其进行改进以提高可靠性。本文以ANSYS有限元分析软件为平台,通过有限元仿真的方法对典型的铜片夹扣键合封装进行稳态热-结构仿真,对其在高功率工作条件下的热和热应力分布进行了研究。研究发现铜片和芯片之间的焊层、芯片和芯片与引线框架之间的焊层上都出现了应力集中的现象。应力集中区域的最大应力点容易发展成失效点影响器件的可靠性。通过揭示影响铜片夹扣键合封装可靠性的主要原因和失效位置,本文以降低铜片夹扣键合封装热应力值为目的,通过弹性力学分析和参考常用的改善应力集中的机械设计方法,提出了四种新的铜片夹扣键合封装结构。通过使用实验分析法和基于MOGA算法的响应面分析法对四种新封装结构进行优化设计。优化结束后,对得到的四个最优化设计进行有限元仿真以验证其有效性。其中,带凸台的铜片夹扣键合封装内在三个不同的位置（即铜片和芯片之间的焊层、芯片、芯片和引线框架之间的焊层）上的最大热应力比典型铜片夹扣键合封装相同位置上的最大热应力分别降低了49.88%、38.36%和35.54%;带表面凹陷的铜片夹扣键合封装在两个不同的位置（即芯片和引线框架之间的焊层、芯片）上的最大热应力比典型铜片夹扣键合封装相同位置上的最大热应力分别降低了41.79%和48.37%;带卸荷槽的铜片夹扣键合封装芯片上的最大热应力比典型铜片夹扣键合封装相同位置上的最大热应力降低了48.95%。