作为功率变流器的核心部件，IGBT功率模块被广泛应用于电动汽车、新能源发电、智能电网等新兴领域。功率器件的可靠性研究一直都是电力电子行业的热点问题。其中，焊料层作为IGBT功率模块中最薄弱部分之一，在模块散热性能方面发挥着至关重要的作用。因此，明确焊料层的失效机理，探究焊料层空洞萌生和扩展对IGBT模块可靠性的影响具有重要意义。
　　关于焊料层失效的寿命预测模型有很多，其中基于塑性应变能的寿命预测模型，由于其能够描述材料在老化过程中应力应变机理的优势受到了国内外学者的广泛关注。但现有这类寿命预测模型中均假定危险区塑性应变能密度是定值，而实际上该数值会随着焊料层的老化而显著变化，目前没有可靠的数学模型来描述焊料层老化失效过程。针对以上问题，本文以FF150R12ME3G的半桥IGBT模块作为研究对象，针对焊料层不同老化阶段进行了有限元仿真建模，分析了模块的结温和热阻与焊料层空洞扩展间的联系。基于Clech算法，对焊料层的老化失效过程进行了量化描述,佐证了焊料层危险区塑性应变能密度随焊料层老化会发生变化的有限元仿真结果。Clech算法极大地缩短了计算时间，提高了计算效率。
　　此外，结合现有基于塑性应变能的寿命模型，提出了一种能够描述焊料层退化过程的物理寿命模型：在有限元画网格的功能将焊料层均分为多个单元，假定每个单元的失效能量为定值；通过有限元热力学仿真提取模块焊料层裂纹萌生阶段的危险区的塑性应变能密度,并通过老化实验提取IGBT焊料层裂纹萌生阶段的循环周期，进而得到焊料层每个单元的失效塑性应变能。采用有限元杀死单元的方法，来模拟并提取焊料层中裂纹扩展阶段的结温和结壳热阻，并计算单元老化的失效周期数。
　　在有限元模拟裂纹扩展过程中，杀死单元会减小焊料层的散热面积导致热阻增大。而结壳热阻被广泛应用于评估焊料层的可靠性。因此，关于IGBT模型的寿命建模，本文以结壳热阻增大50%作为焊料层老化失效标准。将IGBT模块焊料层失效过程先“离散化”，再“连续化”，最终将不同老化阶段的循环周期求和即可预测IGBT焊料层失效寿命。结合已发表文献的实验结果，本文提出的新型寿命预测模型的预测结果与实验结果误差仅为3.82%。最后，搭建了加速老化实验平台用于后续模型理论研究的验证。