功率器件IGBT模块在工作或运输过程中,经常会受到热和随机振动的复合加载,从而导致模块焊接层的寿命受到影响,甚至引起整个IGBT模块的失效。因此,本文针对功率器件IGBT可靠性问题,对比研究热循环、随机振动以及热振耦合三种载荷下IGBT的失效模式和疲劳寿命计算方法。主要工作如下:（1）基于模态分析方法对IGBT模块的动态特性进行研究分析。通过利用有限元分析软件,对IGBT模块结构在不同约束条件下的固有频率进行分析,获得前六阶固有频率及相应频率下的模态振型;通过与实验分析结果对比,验证所建立IGBT有限元模型的合理性,为后续疲劳寿命估计和结构优化等工作奠定基础。（2）基于统一粘塑性理论Anand本构方程,构建IGBT模块的简化模型,分析热循环、随机振动以及热振耦合三种载荷下IGBT模块的失效模式。在热循环载荷下,对IGBT模块的焊料层应力和应变分布进行分析,结果得到应力集中在焊层上表面四角位置。在随机振动载荷下,通过提取IGBT焊接层危险位置PSD响应曲线,获得模块的共振点。在热振载荷下,分别考虑了模块在常温、低温与高温环境下的随机振动问题,得到模块固有频率随温度变化的规律。（3）基于不同理论对IGBT模块在热循环条件、随机振动条件以及热振耦合条件下的疲劳寿命进行研究分析。使用Coffin-Manson方程计算热循环条件下的寿命。使用基于应变的Manson-Coffin方程计算IGBT模块在随机振动条件下的疲劳寿命,根据Miner线性疲劳累计损伤理论对振动损伤值,不同温度下的损伤值进行计算分析,最后基于增量损伤分析方法,对热振动耦合载荷条件下的疲劳寿命值进行计算分析。（4）基于IGBT模块热分析结果,对IGBT模块结构进行优化,实现高效热管理。通过研究焊料层空洞分布、大小、材料类型厚度以及不同基板材料和厚度等参数对IGBT模块散热性能进行研究分析。基于各研究物理量对IGBT模块散热性能间的联系,对IGBT模块结构进行优化设计,实现模块高效散热。本文的研究成果可以对复合加载条件下结构疲劳寿命的理论研究提供一定的参考。