绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，即IGBT）是一种拥有载流密度大、饱和压降低等多种优点的功率开关器件，广泛应用于电能变换和电力电子装置中等重要领域。但是伴随着IGBT模块的功率等级、功率密度以及开关频率的提高，IGBT的功率循环产生的损耗以及内部结温的持续波动极易引起功率器件的疲劳损坏。目前国内外专家针对结温波动引起的功率器件的内在失效机理做了很深入的研究，并以此基础上发展功率模块的疲劳寿命预测方法以及功率器件在复杂环境下运行的可靠性。本文以IGBT功率模块作为研究的对象，在模块电-热模型的构建、疲劳寿命预测、工作可靠性评估等方面展开细致的研究。①对IGBT模块的机械结构和物理结构进行总结，归纳并分析IGBT模块两种主要的失效形式，以热机械应力疲劳的角度为出发点，分析导致IGBT模块的键合线脱落和焊料层老化失效的内在机理。②建立IGBT模块的电-热数值模型，以疲劳累积损伤理论为基础构建Coffin-Mason疲劳寿命预测模型。在电-热分析和热-机械应力分析的基础上，对模块易失效的键合点和焊料层进行寿命预测，这种方法可以探究不同工况对模块结温及疲劳特性的影响，从而对模块进行电-热优化设计及长期工作可靠性能的研究。③模块抗热冲击性能是影响模块可靠性重要因素之一，从材料物理学角度和功率损耗角度探究各层材料的抗热冲击性能，研究表明IGBT模块内部的热稳定性问题主要是热损伤问题，热冲击作用不能直接造成各层材料直接断裂失效。④以有限元分析方法为基础定量探究过载电流对模块内部键合线热特性及疲劳特性的影响程度。研究结果表明，当过载达到20%时，超过模块额定工作结温，疲劳寿命下降达96%，这种方法及研究结果有助于设计人员评估不同过载情况对模块性能的影响程度及模块的优化设计。