绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)在电子辐照加速器中主要用于高压逆变电路。但是由于其工作环境的改变,IGBT在高压大电流条件下工作时,重复性的热电冲击会使器件出现热疲劳现象,导致IGBT失效机率大大增加。而桥式电路结构使得半导体器件在工作过程中,存在同一桥臂两个晶体管同时导通的现象,这会导致电路发生过流短路,造成多个器件发生损伤。本文以IGBT为研究对象,对IGBT失效模块进行合理的失效分析,并根据失效原因对IGBT模块进行稳态-瞬态热仿真以及模拟IGBT实际工作情况,对IGBT的退化进行测试并分析。本文研究内容主要包括:1、分析失效模块并给出失效机理。本文对IGBT失效模块进行分析,根据失效分析流程,对失效模块的现场失效数据进行调研,并对器件的封装以及解剖前后的输出特性进行测试,此外还使用SAM对IGBT模块的焊料层进行扫描,最终对造成IGBT模块失效的原因进行了初步假设,即在电子辐照加速器的高压逆变电路中,IGBT模块的主要失效原因为过热损伤和过流损伤。2、有限元方法进行热电应力稳态仿真。为了了解热电应力对IGBT模块的影响,利用ANSYS软件对IGBT模块进行有限元分析。通过稳态仿真分别对以下几个方面进行研究:不同冷却介质对IGBT模块温度分布的影响;热电应力对IGBT模块各层材料形变量的影响;焊料层空洞面积对IGBT模块峰值温度的影响。探究后得知,硅油散热能力高于原有的变压器油;热电应力会使IGBT各层发生形变,从而形成空洞或是发生分层,增大了焊料层与Si之间的热阻,降低了模块的散热能力,最终形成恶性循环,导致IGBT模块发生损毁。3、有限元方法进行热电应力瞬态仿真。通过ANSYS瞬态仿真研究不同占空比下IGBT模块峰值温度的变化情况。结果显示,在功耗、频率不发生改变的前提下,占空比越大,热量积累速度越快,发生过热损伤的时间越短。因而根据实际工业条件要求,可通过适当降低工作效率来减小IGBT模块热量积累的速度,增加IGBT模块工作寿命。4、桥式结构中的穿通特性及参数退化分析。对IGBT桥式工作电路进行仿真及实验测试,通过仿真可以明显看出,桥式电路中穿通现象的存在,即当死区时间为零或是较低时,全桥结构支路中易发生短路现象,从而使多个IGBT发生烧毁。通过实际电路的搭建及测试,提取不同参数对桥式结构中IGBT感应栅压的影响,给出改进意见,降低穿通风险;此外,根据其电参数的退化及工作过程中的温度分布进行分析,讨论器件参数漂移的原因及可能造成的影响,并给出可行性优化方案。