魏伟伟，张 杨，徐国卿

（1.上海大学机电工程与自动化学院，上海 200444；2.国网浙江省温州市供电公司，温州 325002）

根据工业调查显示，电力电子器件被认为是电力电子系统中最易受过载影响和热应力影响的元件[1]。其中，绝缘栅双极型晶体管IGBT（insulated gate bipolar transistor）具有驱动电路简单、导通压降低、功率等级高、输入阻抗高等优点，被广泛地应用于大功率场合。由于大功率变换装置的运行工况复杂、故障影响大、运维成本高[2]，因此，如何提升IG-BT 的运行可靠性，受到了国内外学术界和工业界的高度重视。

随着IGBT 功率的不断增大，受器件材料和制造工艺的限制，IGBT 的失效问题日益突出。因此，IGBT 模块的故障诊断变得越来越重要。为了提高IGBT 运行的可靠性，通常采用新材料、新结构、新工艺等设计优化和工艺改进方法。然而，现有的技术不能完全避免故障的发生，故障受到空间、效率和成本的限制。在实际运行中，IGBT 承受过电压、过电流、过热等应力，会导致IGBT 失效。目前，大多数文献集中在与封装相关的故障状态监测以及结温预测上。文献[3-4]从多物理场耦合角度分析了IGBT 模块封装主要薄弱点，通过归纳整理可得IGBT 模块封装失效机理主要为键合线失效、焊料层失效及其他原因引起的失效；Brown 等[5]研究了IGBT 闩锁故障前的影响，对IGBT 的主要失效模式进行了识别和建模，将关断时间toff作为诊断IGBT闩锁失效的故障特征变量；Patil 等[6]将阈值电压的增加作为栅氧化层退化的指标，并通过准静态电容电压QSCV（quasistatic capacitance voltage）测量验证了栅氧化层陷阱电荷的性质，但8 组实验中有6 组的阈值电压在栅氧老化前后变化极小，甚至没有变化；……