曾定军 崔乃东 刘 威 邓 欢

（中国船舶重工集团公司第709研究所 武汉 430205）

1 引言

电力电子技术在新能源汽车、新能源发电、电能传输等领域中已逐渐占据重要地位。随着电力电子装置的广泛使用时，其可靠性问题得到了国内外研究学者的关注。大量的研究学者致力于提高电力电子系统的可靠性和评估电力电子系统的可靠性［1］。

通过国外的工业调研的统计数据可知，在电力电子装置中不同元器件的故障率不同，具体数据呈现如图1所示［1］。其中，电力电子装置中表现出故障率最高的是功率半导体器件，故障率占有比例大于30%；对于电容而言，故障率为20%；其他元器件的失效率排序依次是：驱动器、连接器、电感、电阻、其他元器件。通过图1可以得出，功率半导体器件是整个电力电子装置中的最薄弱环节，其使用寿命极大地制约了整个装置的使用寿命。

图1 电力电子系统中各元件的失效率

在电力电子装置中，外部的机械振动、装置内部的高温环境、各个元器件与印制板的寄生参数引起的EMI等问题，使功率半导体器件的工作在一个电、热、磁的多物理场环境中。通过各研究学者对功率半导体器件的主要失效机理分析得出，引起功率半导体失效的主要因素为热应力［2～9］。常用于中、大功率的半导体器件为MOSFET和IGBT，而IGBT是一种集双极结型晶体管（BJT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）优点于一体的功率开关器件。BJT具有优越的电流密度，而MOSFET可以通过电压控制，IGBT是国际上公认的电力电子技术第三次革命最具代表性的产品［10］，因此本文将重点分析IGBT的物理失效机理和可靠性分析流程。……