绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称IGBT)因其具有饱和压降低,通态电流小等优点而成为如今新能源发电、电动汽车和智能电网的重要单元,因此其安全可靠性也受到越来越多的关注。当前IGBT模块器件封装形式主要有焊接式和压接式两种,而其中焊接式发展较成熟,应用较广泛。本文基于多物理场耦合角度,建立IGBT模块的三维模型,对焊接式IGBT模块的几种失效状态进行仿真研究,进而提出优化模块的可能。主要研究成果如下:1.基于多物理场有限元仿真软件,选取一种IGBT模块,建立其三维模型,分别将键合线和焊料层作为主要研究对象。由于研究侧重点的不同,分别建立适当的模型,以适应不同的研究需求。当键合线为研究对象时,以删除引线的方式模拟键合线脱落的工作状态;当焊料层为研究对象时,忽略键合线的存在,简化模型进行研究。2.首先分别对键合线稳态情况和暂态情况下进行仿真,重点观察键角上表面、下表面的温度变化情况,以及整个模块最高温度,得到影响IGBT模块温度分布的主要因素。再仿真键合线故障后的工作状态,得到键合线部分脱落对IGBT模块可靠性的影响。然后对焊料层正常工作的情况仿真以作对比,再研究焊料层空洞不同位置、不同大小对IGBT模块芯片最高温度的影响,以得到影响焊料层可靠性的关键因素。3.提出一种新的材料C7025作为键合线材料较传统铝线作为键合线原料时可能存在的优势,并通过与铝线的对比验证可行性,以达到尽可能延长IGBT模块键合线使用寿命的目的。研究新型材料Sn-Ag-Cu-0.5Sb作为焊料较传统焊料层材料Sn-Ag-Cu的优势,通过仿真各种工况下两种焊料的性能对比,加以证明新焊料的优势,以达到尽可能延长IGBT模块焊料层使用寿命的目的。通过以上对IGBT模块可靠性的研究建模仿真,提出的可能优化模块的方法,可以对延长IGBT模块使用寿命提供一些指导意义。