单相逆变器的主要功能是把直流电转化为交流电，广泛应用于光伏系统、风力发电、电动汽车和航空航天等领域。追求更小体积、更高集成度、更高功率密度和更高可靠性成为电力电子模块的发展趋势。　　近年来随着宽禁带半导体SiC功率器件的出现，使得电力电子模块的开关频率和功率密度大大提高。然而SiC功率器件在实际应用中遇到两个关键问题：一是因为超高的功率密度，给SiC功率器件的封装结构带来了严峻的散热考验；二是因为超高的开关频率，要求封装结构中的回路寄生电感要非常小。SiC功率器件的应用问题归根结底就是目前落后的封装结构和工艺不能跟上功率器件的发展速度。所以迫切需要发展新的封装结构和工艺，以解决如何将SiC功率器件生成的热量快速有效地传递到外部环境，和如何减小回路中的寄生电感使得SiC功率器件在高频下发挥出良好的性能，成为未来SiC功率器件能否可靠应用的关键。　　本文的最终目的就是设计实现一个高功率密度SiC单相逆变器。针对SiC功率器件在应用中的问题，首先回顾了目前现有的集成电力电子模块IPEM的封装互连方式，然后创新性的提出了DBC与PCB混合半桥三维封装结构，这种结构不仅散热方便而且由于特殊的电流回路设计使得回路的寄生电感非常低，非常符合高频高功率密度的SiC功率器件的封装应用。　　针对SiC单相逆变器的设计要求，使用基于计算流体力学的专业电子设备热仿真软件Flotherm，同时考虑热传导、热对流和热辐射三种散热方式，为DBC与PCB混合半桥三维封装结构优化设计了一个专门的散热器，使得半桥模块的散热效率达到最高。并使用热阻矩阵的方法给这个半桥模块建立了相应的热阻解析模型。进一步通过瞬态热仿真研究了半桥模块的瞬态热特性。　　DBC与PCB混合半桥三维封装结构由于存在较多的焊接和键合线互连界面，这些地方都是封装结构中的薄弱部位。在高温工作环境下，封装结构的各个部位会存在明显的热应力。如果热应力超过材料的屈服强度就会对封装结构造成不可恢复的损伤；如果热应力较小，则在长期的功率循环或温度循环下会引起封装结构的疲劳失效。本文使用Ansys Workbench有限元仿真软件，采用热力耦合的方法，对DBC与PCB混合半桥三维封装结构中的DBC陶瓷基板、键合线、焊料层等关键结构的可靠性做了详尽的研究分析。还通过温度循环加速试验仿真，进一步研究了半桥模块焊料层的内部疲劳失效机理。　　在完成DBC与PCB混合半桥三维封装结构的热和可靠性的分析设计之后，用Flotherm对高功率密度SiC单相逆变器整机进行了热仿真设计，包括对风扇的选取、风道的优化、元器件的布局、机箱结构的优化设计等等。　　通过热和可靠性方面的计算机辅助工程仿真，指导集成电力电子模块的封装结构设计。最终研制出一台2kW、功率密度为58.8 W/in3、最大效率为98.3％的高功率密度SiC单相逆变器。满载工作时使用红外热成像仪测量整机关键位置的温度分布，比较实验与仿真的温度结果只有5%左右的误差，取得了令人非常满意的结果。