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IGBT全名称为绝缘栅双极型晶体管。它既具有MOSFET输入阻抗较高、驱动功率较小、开通和关断速度比较迅速的优点。又拥有BJT(双极型)晶体管低导通压降和高密度载流的特点。已广泛应用于轨道交通、风力发电、电动汽车、工业传动等诸多关键领域。但IGBT功率模块长期工作在高电压、大电流、高频率的恶劣工作环境中，IGBT功率损耗和结温频繁变化容易加速功率模块疲劳老化，进而引起失效。IGBT模块失效中由热相关问题引起的占比达到60%。如何快速准确、便捷无损地测量IGBT功率模块结温，成为有效评估系统应用可靠性的关键技术问题。本文以IGBT功率模块为研究对象，建立用于无损在线测量IGBT模块结温的电热耦合模型，开发相应的结温测量系统，对结温测量技术在寿命预测方面的工程应用开展相关研究。
首先，简要概述IGBT的基本结构组成和工作特性基本原理分析，剖析大功率IGBT模块堆叠封装结构和各层材料特性。具体概括并总结IGBT器件的各种常见的失效模式和失效原因，介绍结温波动引起焊接层疲劳和键合线脱落的主要失效模式，并从中得出影响IGBT器件可靠性和寿命的主要原因是温度的不断变化。
其次，鉴于现有电热耦合模型所需变流器控制参数难于获取，且实时变化无法统一的缺点，本文改进优化了一种适用于工程应用的电热耦合模型。该模型不需要了解PWM控制策略参数，利用现场采集的电流、电压数据进行换流分析，计算IGBT模块的功率损耗；再利用采集到的IGBT模块壳温，根据IGBT的热传导路径和热特性，即可计算实时结温和结温波动量，具有很高的工程应用价值。
再次，基于LabVIEW软件完成结温测量系统开发。使用IGBT功率模块组装三相逆变组件，并搭建模拟实际应用的硬件试验平台。经过和模块厂商所给出的结温仿真结果进行比较，验证了电热耦合模型和结温测量系统的准确性，为结温测量应用于寿命预测提供了数据基础。
最后，阐述IGBT结温变化与器件使用寿命之间的联系。对比分析了多种解析寿命模型的优缺点，介绍用于应力载荷谱提取的二阶段雨流计数方法和相应的遍历逻辑，文中最后介绍了基于结温测量数据的IGBT模块寿命预测方法，简述各环节的具体实施步骤，进一步体现结温测量技术在寿命预测的工程应用价值。
首先，简要概述IGBT的基本结构组成和工作特性基本原理分析，剖析大功率IGBT模块堆叠封装结构和各层材料特性。具体概括并总结IGBT器件的各种常见的失效模式和失效原因，介绍结温波动引起焊接层疲劳和键合线脱落的主要失效模式，并从中得出影响IGBT器件可靠性和寿命的主要原因是温度的不断变化。
其次，鉴于现有电热耦合模型所需变流器控制参数难于获取，且实时变化无法统一的缺点，本文改进优化了一种适用于工程应用的电热耦合模型。该模型不需要了解PWM控制策略参数，利用现场采集的电流、电压数据进行换流分析，计算IGBT模块的功率损耗；再利用采集到的IGBT模块壳温，根据IGBT的热传导路径和热特性，即可计算实时结温和结温波动量，具有很高的工程应用价值。
再次，基于LabVIEW软件完成结温测量系统开发。使用IGBT功率模块组装三相逆变组件，并搭建模拟实际应用的硬件试验平台。经过和模块厂商所给出的结温仿真结果进行比较，验证了电热耦合模型和结温测量系统的准确性，为结温测量应用于寿命预测提供了数据基础。
最后，阐述IGBT结温变化与器件使用寿命之间的联系。对比分析了多种解析寿命模型的优缺点，介绍用于应力载荷谱提取的二阶段雨流计数方法和相应的遍历逻辑，文中最后介绍了基于结温测量数据的IGBT模块寿命预测方法，简述各环节的具体实施步骤，进一步体现结温测量技术在寿命预测的工程应用价值。