随着新能源技术的蓬勃发展,功率变流装置也得到了广泛的应用。同时,更严峻的工作条件和更优化的产品性能对功率变流装置可靠性提出了更高的要求。作为功率变流器的核心器件,绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)的可靠性受到了越来越广泛的重视。据国外最新的一项关于变流器系统中各个组件故障率分布的失效统计,功率半导体器件以21%的故障率成为变流器中最为脆弱的组成部分。而IGBT作为众多功率半导体器件中应用得最为广泛的一种,如何有效提高IGBT功率模块的可靠性水平成为当今研究的重点。在IGBT模块故障机理的研究中,焊料层疲劳和键合引线故障被认为其两种主要的失效模式,并制定了相应的失效评估标准。由于焊料层技术的不断改善,IGBT模块键合引线故障得到了广泛的关注。长久以来,键合引线故障一直是制约IGBT模块可靠运行的重要因素之一,国内外学者对此也进行了大量的研究工作。论文首先介绍了IGBT功率模块可靠性的研究背景,阐述了当前针对IGBT功率模块可靠性的国内外研究现状,分析了对IGBT键合线失效分析及其状态评估的重要性。然后,以西门康系列的SKM50GB12T4型号为例,在Simplorer中建立该模块的动态模型,搭建半桥测试电路以及双脉冲测试电路,验证了该动态模型的有效性。提取模型的电压电流波形,利用提取到的电压电流数据在matlab中进行离散积分计算,得到模块的功率损耗。其次,在ANSYS中搭建IGBT模块的三维有限元模型,将得到的功率损耗作为初始条件对其进行温度场和应力场分析,设置多组对比仿真实验,得出当键合线发生脱落故障时,对模块内部的温度和应力变化影响较大,加快IGBT功率模块的失效。最后,搭建全桥逆变器实物平台。通过对未塑封的IGBT模块进行人为的键合线挑断试验以模拟IGBT模块因恶劣工况或正常老化而导致的键合线脱落故障,利用高低温试验箱模拟环境温度的变化,且改变负载从而改变模块的正向导通电流,记录IGBT模块集射极饱和压降,建立环境温度、正向导通电流和饱和压降的三维数据模型。实验结果显示,健康的IGBT和键合线断裂的IGBT在饱和压降曲面上具有很好的区分度。为了快速有效地对IGBT功率模块键合线的故障进行监测,根据饱和压降增量将键合线故障分为三个等级,采用遗传算法优化后的最小二乘支持向量机对三维数据进行建模预测,结果显示该方法可以准确预测键合线的故障等级,从而实现对IGBT功率模块键合线的状态评估。