随着全球煤炭、天然气等资源消耗的日益增大,能源技术的发展问题越来越受到大众重视,对电力电子装备的性能要求越来越高。作为电力电子设备核心器件的IGBT,研究如何对IGBT进行有效的状态监测以保障其可靠性变得愈发重要。在开关和故障等状态下,IGBT器件内部电磁热力等多物理场相互耦合会产生反映状态与故障的声发射信号（也称作机械应力波）,应力波检测方法可作为一种潜在的IGBT状态监测方案,表现出了快速性、非侵入性、准确性等不可替代的优势。若能建立基于机械应力波的状态监测方法,对于提高器件的可靠性,减少经济损失具有重大意义。遗憾的是,从2014年开始有相关学者对功率模块的机械应力波给予关注,但直到目前国内外对于机械应力波仿真模型搭建、产生机理以及影响因素研究都尚不深入。本文以探究IGBT内部机械应力波的产生机理与影响因素为目的,以有限元分析软件搭建电-热-力多物理场平台进行稳态与瞬态分析。根据多物理场耦合下最大机械应力大小以及各结构对机械应力的影响,研究IGBT在开关状态下应力波的产生原因以及影响应力波信号的因素,并根据计算得到的最大应力的结果,对IGBT模块结构优化提供建议。首先应用TCAD软件研究漂移层厚度、漂移层浓度等设计指标对IGBT元胞特性的影响,对改善器件性能提供建议。并优化设计元胞结构,得到芯片电导率、一个周期的开关时长、周期下电流变化曲线等参数,为下一步在ANSYS分析软件下建立的IGBT模型提供准确输入参数。其次第4章应用ANSYS进行IGBT模块的稳态多物理场仿真,并将TCAD所得到的开关特性作为输入激励。仿真发现热应力是影响机械应力波的主要因素,仿真分析基底、焊料层、衬板各结构层所用材料及其对应厚度对IGBT模块各结构承受应力的影响,对封装模块的结构提供优化建议。最后第5章仿真不同焊料层的材料与厚度、不同工作电流以及键合线断裂、焊料层空洞与裂纹状态下IGBT模块不同结构层的温度响应、应力响应以及焊料层表面法向方向的位移、速度、加速度时程图,在仿真层面上验证了热机械应力会产生应力波的观点,并会在结构间传播。分析正常状态、不同构成材料与厚度、工作电流不同与不同老化状态的应力响应时域与频域曲线的异同,发现电流、老化程度均会影响应力波时域与频域参数。初步证明采用应力波方法对IGBT模块进行状态监测具有良好研究前景。