目前，國內外對於IGBT器件失效（xiào）的研究眾多，主要從兩方麵入手，一方麵是考慮器件（jiàn）自身（shēn）的工作循環，另一（yī）方（fāng）麵（miàn）是考慮（lǜ）器件的實際工況（kuàng）環境，研究（jiū）表明IGBT失效是由內部工作循環及外部工（gōng）況同時作用導致的，其失效機理複雜，失效模式主要分為（wéi）封裝類失效（xiào）及芯片類失效，如圖2-2所示。

    鍵合引線一般是通過超聲波鍵合工（gōng）藝，實現與芯（xīn）片、DBC板的連接，由於工作過程中承受較大的電流負（fù）載，其鍵合（hé）點處為IGBT模塊的薄弱環節之一（yī）。鍵合線故障主要包括鍵合點脫落及鍵合（hé）線斷（duàn）裂，研究（jiū）表明功率電子器件中鍵合（hé）線（xiàn）失（shī）效占器件總失效的70%左右。隨著技術發展（zhǎn），用於IGBT鍵合線的材料特性越來越好，鍵合線斷裂情況很少再發生（shēng），因此IGBT鍵合線故障主要的失效模式為鍵合點脫落。鍵合（hé）線脫落如圖（tú）(a)、(b)，由於鋁鍵合線的抗拉（lā）極限低，在IGBT正常工作時的功率（lǜ）循環與溫度循環下，因電流通過產生的（de）熱應力及材料間CTE差異引起的剪切應力，導致鍵合線與芯片連接處（chù）萌生裂紋（wén），在持續的熱應力或外部環境如振動衝擊影響下，裂紋擴展，進而導致IGBT鍵合線脫落。

    鍵合引線在剪切應力作用下裂紋擴展（zhǎn）失效的過程如圖2-4 所示，可（kě）以看到裂紋萌生的部位產生了應力集中效（xiào）應，導致靠近裂紋位置的應力(σlocal) 要明顯大（dà）於其它距離裂紋位置較遠的應力(σ)，兩應力之間存在（zài）如式(2-1)所述關係式。圖2-4中: a表示當前（qián）形成的裂紋長度，r 表示到當前形成裂紋尖部的距離（lí）大小。可以看到，σloca 應力隨著到（dào）裂紋尖部（bù）的距離增大而呈現減小趨勢，當某一靠近裂紋的位置出現σloca應力大於鋁鍵合引線產生的應力時，裂紋變形將發生擴展，進而導致鋁鍵合引線與（yǔ）IGBT 芯片間發生（shēng）脫落。同時，如（rú）果需要確定裂紋變（biàn）形區域的寬度，我們可以在式(2-1) 和式(2-2) 中假定σloca=σy,，然後求（qiú）解（jiě）即可。

    焊料層主要作用在（zài）於連接IGBT器件內部各層材料，在工作期間產生的熱循環過程（chéng）中（zhōng），由於材料間CTE差異，在材料間產生交變的剪切熱應力，焊料層疲勞如圖（tú）2-5 (a)、 2-5 (b)所示。在上述應（yīng）力的連續作用（yòng）下，導致焊料層疲勞老化，萌生裂紋，進而擴展至材料（liào）分層，同時由於裂紋及分層（céng）的產生，焊料層與各（gè）層材料間的（de）接觸麵積變小，模（mó）塊熱阻增大，IGBT 器件內溫度進一步升高，並（bìng）加速焊料層的失效，循環往複,致使IGBT過熱燒毀。另一方麵，不（bú）可避免的IGBT在製造過程中由於其工藝本身（shēn）缺陷，其初始狀態就具有（yǒu）裂紋或空洞等，這些工藝（yì）缺陷在熱應力的激發下，同（tóng）樣將導致器件的失效。

    IGBT器件焊料層（céng）疲（pí）勞的擴展過程與鍵合引線裂紋擴展類似，如圖2-6所示。上圖（tú）所示熱剪切應力作用下，焊料層疲勞裂紋末端產生一個不可恢複區域，同時在熱應力作用下，裂紋發生拉長，致使焊料層生成一個包含（hán）可恢複變形( △ael )和（hé）永久變形( △apl )新的表麵。在應力σ去除後，前（qián）麵形成（chéng）的可恢複變形將複原，但永久變（biàn）形部分仍在，致使新生（shēng）成的表麵發生擴展（zhǎn）。