大功率变流器在新能源发电、电动汽车、高压直流输电、航空航天等领域的应用越来越广泛。在这些高可靠应用领域中,对大功率变流器可靠性的要求也越来越高。然而,大功率变流器的可靠性并不高。主要原因是大功率变流器中的大功率器件很容易失效。IGBT模块作为大变流器的常用元件之一,与变流器可靠性密切相关。开展IGBT失效分析,有利于提高变流器可靠性。键合线和焊料层是IGBT模块结构中的脆弱点,在应力冲击下会出现裂纹和空洞,并逐渐扩大而导致模块失效。文中针对IGBT模块失效机理进行分析,进而开展模块寿命预测研究。主要研究内容如下:（1）研究了键合线的疲劳失效机理。通过建立IGBT模块键合线的电-热-力多物理场耦合模型,研究了键合线脱落和断裂失效模式及机理,指出热膨胀系数的不匹配导致的剪切应力是造成键合线失效主要原因,进而定量分析了键合线裂纹和脱落的演化对IGBT模块温度、应力和等效电阻的影响规律,结果表明键合线裂纹对键合等效电阻的影响较大,提出了利用键合线等效电阻对键合线损伤程度的评估方法。（2）研究了焊料层空洞失效机理。通过建立焊料层多物理场耦合仿真模型和老化试验,研究焊料层空洞大小、位置以及分布对模块结温和应力的影响规律;提出了焊料层空洞成长模型,并利用Cauer热网络模型和更新参数方式,准确计算不同焊料层老化程度下IGBT模块结温。给出了利用模块热阻对焊料层老化程度的评估方法。利用功率循环老化设备、超声波检测装置以及结温测试平台对研究内容进行验证。（3）研究了考虑空洞老化效应的光伏功率器件热安全性和寿命评估。以光伏变流器为背景,利用改进Cauer热网络模型和考虑焊料层老化的Cauer热网络参数非线性更新方法,结合实际光照强度和气温,建立了考虑老化效应的IGBT模块结温仿真模型,提高了结温计算精度。以南半球某地冬季和夏季数据为例,利用该模型对不同老化程度下变流功率模块的热安全性进行了评估,进而对变流器功率模块寿命进行了预测,并与两种现有寿命预测方法的结果进行对比,验证了本文所提寿命预测模型的有效性。