多芯片碳化硅功率模块是支撑新能源发电、电气化交通和工业变频等国民经济重要领域电能变换装备提质增效的关键部件。随着电能变换场景的日趋多样,对多芯片碳化硅功率模块的研发需求由传统的粗放式、单一化方案验证向精细化、谱系化设计转变。然而,囿于衬底设计工作的复杂性,依赖人工经验和硬件测试的开发模式难以满足多芯片碳化硅模块日益增长的性能和开发时间要求。相比之下,基于虚拟迭代的数字化设计技术因其灵活、高效和低成本特点,对于提升设计质量、缩短研发周期有明显优势。数十年来,数字化设计技术虽然在信息电子、机械与建筑领域取得了长足进步,但在定制程度高、能流密度大的功率模块领域还处于起步阶段。为此,本文瞄准多芯片碳化硅功率模块衬底的数字化设计需求,重点开展电热参数快速提取、异质布局自主生成和吸收元件自动设计方面的研究,以实现不依赖人工经验的闭环设计迭代,从而推动数字化设计方法在功率模块中的应用。本文按照模型-方法-数字实现的思路开展详细研究,主要的研究工作包括以下内容。首先,建立了多芯片衬底线路的端口网络模型,提出了基于矩阵预处理和非均匀离散的衬底电感-热阻高效提取方法。作为碳化硅模块的重要设计目标,多芯片衬底的寄生电感和热阻的结构敏感性强、耦合特征突出,离散提取方法精度高但效率受限。本文从离散电路法的计算过程入手,揭示了芯片端口属性的差异是导致多芯片换流电感与并联支路电感分立求解的根因。通过构建与芯片导通状态无关的多端口网络模型,将多芯片电感的提取问题由多次大规模离散电路求解转化为单次矩阵预处理加端口网络求解,加速了多芯片电感的计算。在离散方法方面,分析了激励电流的分布规律,根据电流的高频效应和键合结构的注入效应分区域设计了非均匀的离散策略,提升了离散质量。此外,还利用电热问题的对偶特性,将离散电路法推广至热阻计算。通过设计统一计算框架,实现了对多芯片衬底电感和热阻参数的快速准确评估,算例耗时相比商用有限元软件缩短一半以上,与实验测量的对比误差小于5%。其次,建立了多元件衬底布局的图论描述模型,提出了基于模板规划和尺寸缩放的异质布局生成和寻优方法。满足设计规则的多元件布局生成方法是决定功率模块设计质量的关键。本文从布局尺寸和电路连通性双重约束出发,建立了由布局单元连接图和约束图构成的异质布局描述模型,实现了开关-吸收异质布局的数字化描述和设计规则内嵌。在此基础上,提出了基于整数规划算法的多网络布局生成方法,可支持几何拓扑可变的布局模板生成,充分挖掘了设计自由度。结合本文提出的高效提取方法,设计了具有单元缩放和模板拓展能力的布局自主寻优计算框架,可在不同尺寸约束下,以减小换流电感、并联芯片电感不均和模块热阻为目标,自动求解帕累托前沿解集。使用半桥和T型三电平案例进行验证,优化结果的换流电感分别小于6 n H（半桥）和13 n H（三电平）,开关瞬态电流差异小,实现了灵活、有效的数字化布局设计。随后,建立了集成吸收衬底的电热耦合模型,提出了计及阻尼和温升性能的衬底内置吸收元件迭代设计方法。衬底内置吸收元件是抑制碳化硅模块寄生振荡,实现高性能输出的重要手段。因衬底内部电热环境强耦合,在确定布局方案后,内置吸收元件还需根据衬底参数进行协同设计。本文建立了吸收衬底的小信号阻尼模型,通过分析吸收元件参数与衬底阻抗的相互关系,确定了直流侧RC吸收元件的阻尼设计准则。以此为基础,考虑硅基RC吸收元件的温变参数和开关器件的热耦合效应,提出了基于频域热矩阵模型的吸收元件迭代设计方法,实现了快速的小温升强阻尼元件设计。根据设计结果制造了样例衬底,通过与无吸收和电容去耦方案的对比测试验证了阻尼性能,并通过连续工况测试验证了元件温升,完成了吸收元件集成衬底的设计闭环。最后,将上述方法整合成一套相互嵌套、彼此协助的功率模块衬底数字化综合设计框架。通过重构现有的单V型大环路设计流程,提出了分层嵌套的多V型数字化设计框架,可在其中分别嵌入上述电热参数离散提取方法、异质布局生成与优化方法,以及集成吸收元件迭代设计方法,通过本文分层递进的研究和实验验证,为多芯片碳化硅功率模块衬底的数字化设计解决方案提供了实践参考。