绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种全控型电力半导体器件,它广泛应用于电力机车牵引、风力发电、航空航天等对安全性和可靠性要求较高的重要工业领域,其运行安全性直接影响到整个设备或系统的运行稳定性。IGBT模块在高温应力持续作用或温度频繁冲击作用时会迅速退化,退化的信息蕴含在电热特性中。因此,研究IGBT模块电热特性的测试方法、可靠性评估、退化规律及寿命预测具有重要的理论和实用价值。课题以饱和导通压降为温敏参数,研究IGBT模块的电热特性退化规律。首先,深入分析IGBT模块的基本结构和通态电热特性。从半导体物理角度,分析结温对IGBT芯片伏安特性的影响,指出不同的集电极电流条件下IGBT模块的饱和压降具有不同的温敏特性。研究IGBT模块与封装有关的失效和与芯片相关的失效。其次,研究IGBT模块通态电热特性的测试及退化试验方法。为了监测退化过程中主要通态电热特性的变化规律,设计并搭建了IGBT模块加速退化试验系统和电热特性测试试验系统。用加速退化试验使IGBT模块加速老化,对其退化前后的电热特性进行测试,提取关键电热参数,将其作为研究通态电热特性退化规律的支撑数据。最后,分析退化失效过程中特性参数的退化规律。对模块饱和压降、结温和集电极电流三者关系的数学模型进行构建,验证该模型对退化后的IGBT模块仍然适用。分析热瞬态IGBT模块壳温的上升过程,建立热瞬态壳温上升曲线的数学模型并研究其退化规律。根据饱和压降、结温和集电极电流的数学模型,提取热瞬态结温上升动态曲线,为IGBT模块结温的在线测量及结温控制研究奠定了基础。