随着能源安全战略的部署,大量电力电子设备投运到生产中。设备的非计划停机故障和人们对设备长期安全运行的期望使可靠性得到关注。功率半导体器件作为电力电子设备的核心元件,易发生疲劳失效,制约着设备的可靠性。提高功率半导体器件的可靠性对增强电力电子设备的可靠性有着重要作用。健康状态监测是主动提高功率半导体器件可靠性的有效手段,也是可靠性研究内容的重要分支。由于绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）是目前广泛应用的压控型功率半导体器件,论文以常用的键合线焊接式IGBT模块为研究对象,研究模块结温监测和封装级失效中常见的键合线缺陷监测。由于工业界对可靠性的关注随着功率等级而提高,论文也展开了对多芯片IGBT模块中芯片支路缺陷监测的研究。论文主要工作如下:1)结温信息是模块可靠性的重要参数,可通过温敏电参量来表征。论文研究了IGBT模块在恒流源驱动下的开通过程,指出了以模块辅助发射极和功率发射极之间寄生电感的感应电压为触发信号,获取含温度信息的门极电压。因与阈值电压有关,该门极电压称为准阈值电压。论文验证了准阈值电压与结温的关系,考察了键合线缺陷、负载电流和母线电压对准阈值电压测量结果的影响。2)键合线疲劳是IGBT模块封装级失效的常见形式,关乎模块的电气功能。对于单芯片IGBT模块,模块跨导不仅包含IGBT芯片特性,也包含键合线健康状态信息。论文提出了基于模块跨导的单芯片IGBT键合线缺陷的监测方法。首先,建立了模块跨导与键合线缺陷之间的关系。然后,为了安全和准确测量,讨论了模块的安全监测区域和键合线缺陷导致的温差影响,提出了一种脉冲斜坡驱动电路以提取模块跨导。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。3)键合线失效会导致多芯片IGBT模块芯片支路缺陷,影响模块的门极输入电容。当模块门极注入恒定电流,门极电压达到设定值时的充电时间会随芯片支路缺陷发展而缩短。论文提出了基于充电时间的多芯片IGBT模块芯片支路缺陷的监测方法。首先,建立了充电时间与芯片支路失效的关系,提出了一种集成有驱动器的监测电路,讨论了该电路的状态监测原理。然后,通过实验验证了该监测方法的可行性,研究了温度和集电极-发射极电压对监测结果的影响。最后,讨论了该监测方法的特点。4)为满足非侵入式监测的需求,论文提出了基于门极电荷的多芯片IGBT模块芯片支路缺陷监测方法。该方法以芯片支路失效时门极电荷偏差为基础,通过对模块开通门极电流进行多个开关周期的累积积分,将开关暂态信号转换为易于采集的电压信号。论文首先建立了门极电荷与芯片支路缺陷的关系。然后提出了状态监测思路和一种易集成到商业驱动器的监测电路。最后,通过实验验证了该监测方法的可行性,研究了温度、负载电流和集电极-发射极电压对监测结果的影响。结果表明该方法属于无侵入式监测,具有实时在线和的潜能。