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

    鍵合引線一般（bān）是通（tōng）過超聲波鍵合工藝，實現與（yǔ）芯片、DBC板的連接，由於工作過程中承受較大的（de）電流負載，其鍵合點處為IGBT模塊的薄弱環節之一。鍵合線故障主要包括鍵合（hé）點脫（tuō）落及鍵合線斷裂，研究表明功率電子（zǐ）器件中鍵合（hé）線（xiàn）失效占器件總失效的70%左右。隨著（zhe）技術（shù）發展，用於IGBT鍵合線的材料特性越來越好，鍵合線斷（duàn）裂情況（kuàng）很少（shǎo）再發（fā）生，因此IGBT鍵合（hé）線故（gù）障主要的失效模式為鍵合點脫落。鍵合線脫落如圖(a)、(b)，由於鋁鍵合線（xiàn）的抗拉極限低，在（zài）IGBT正常工（gōng）作時（shí）的功率循環與溫度循環下，因電流通過產生的熱應力及材（cái）料間CTE差異（yì）引起的剪切應力，導致鍵（jiàn）合線與芯片連接處（chù）萌（méng）生裂紋，在持續（xù）的熱應力或外部（bù）環境如振動衝擊影（yǐng）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（zuò）用下裂紋（wén）擴（kuò）展失效的過程如圖（tú）2-4 所示，可以看到裂紋萌生的部位產生了應力集中（zhōng）效應，導致靠近裂紋位置的應力(σlocal) 要明顯大於其它距離（lí）裂紋位置較遠的應力(σ)，兩應力之間存在如式(2-1)所述關係（xì）式。圖2-4中: a表示當前（qián）形成的裂紋長度，r 表示到當（dāng）前形成裂紋尖部（bù）的距離大小（xiǎo）。可以（yǐ）看（kàn）到，σloca 應力（lì）隨著到裂紋尖部的距離增大而呈現減小（xiǎo）趨勢，當某一靠近裂紋的位置出（chū）現σloca應力大於鋁鍵合引線產生的應力時，裂紋（wén）變形將發生擴展，進而（ér）導致鋁鍵合引線與IGBT 芯片間發生脫落。同時，如（rú）果需（xū）要確定裂紋變形區域的寬度（dù），我們可以在式（shì）(2-1) 和式(2-2) 中假定σloca=σy,，然後求解即可。

    焊料層（céng）主（zhǔ）要作用在於連接IGBT器件內部各層材料，在工作期間產生的熱循環過程中，由於材（cái）料間CTE差異，在材料間產生交變的剪切熱（rè）應力，焊料（liào）層疲勞如圖2-5 (a)、 2-5 (b)所示。在上（shàng）述應力的連續作用下，導致焊料層疲（pí）勞老化，萌生裂紋，進（jìn）而擴展至（zhì）材料分層，同時由於裂紋及分層的產生，焊（hàn）料（liào）層與各層材料間的（de）接觸麵積變小，模塊熱阻（zǔ）增大（dà），IGBT 器件（jiàn）內溫度進一步升（shēng）高，並加速焊料層（céng）的失效，循環往複,致使IGBT過熱燒毀。另一方麵（miàn），不可避免的IGBT在製造過程中由於其工藝本身缺陷，其初始狀態就具有裂（liè）紋或空洞等，這些工（gōng）藝缺陷在熱應力的激發下（xià），同樣將（jiāng）導（dǎo）致器件的失效。

    IGBT器件焊料層疲勞的擴展（zhǎn）過程與鍵合引線裂紋擴（kuò）展類似，如圖2-6所（suǒ）示。上圖所示（shì）熱剪（jiǎn）切應力作用下，焊料層疲勞（láo）裂紋末端產（chǎn）生一個（gè）不可恢複區（qū）域，同時在熱應力作用下，裂紋（wén）發生拉長（zhǎng），致使焊料層生（shēng）成一（yī）個包含可（kě）恢複變形( △ael )和永久變形( △apl )新的表麵。在應力σ去除後，前麵形成的可恢複變形將複原，但永久變形部分仍在，致使新生成的表麵發生擴（kuò）展。