作为大功率变流器的关键单元，绝缘栅双极晶体管
(insulated gate bipolar transistor， IGBT)的高可靠性是系统稳
定运行的重要保证， 准确的寿命评估是提高系统可靠性的有
效手段之一。然而，目前器件寿命评估多忽略焊料层疲劳造
成的热阻、 热载荷增大效应， 易高估器件寿命。 针对该问题，
该文提出计及焊料层疲劳累积效应的 IGBT 模块寿命评估
模型， 该模型考虑焊料层失效位置信息以及疲劳造成的热特
性反馈效应。首先，基于 IGBT 模块三维电–热–力多物理场
耦合模型分析不同焊料层疲劳对模块热响应影响的差异； 其
次， 提出基于 Cauer 模型的考虑焊料层疲劳位置信息的热网
络更新策略；然后，基于该策略建立适时更新热网络的计及
焊料层疲劳对模块老化加速作用的寿命预测模型；最后，与
现有寿命预测模型对比分析实际风速下风机变流器中 IGBT
模块的寿命评估。
关键词： IGBT 模块；焊料层失效；疲劳累积；寿命预测
0 引言
大功率变流装置在电能转换、传输、管理等方
面具有明显优势，可提供高质量、高效率的电能，
广泛运用于新能源发电、轨道交通、国防军工等领
域[1]。作为变流器的关键单元，功率器件的可靠性
对系统稳定运行非常重要。统计数据指出约 30%的
变流器故障是由功率器件失效造成的[2]。在所有的
功率器件中，绝缘栅双极晶体管(insulated gate
bipolar transistor， IGBT)因具有高载流、高开关频
率的特点，其使用数量占比达 42%[3]。 IGBT 模块
的可靠性研究受到了广泛关注。
在严苛的工作环境中，由于 IGBT 模块各物理
层热膨胀系数不匹配，起连接作用的引线、焊料层
在长期复杂的热力循环作用下易出现结构上的不
可逆损伤，最终导致模块丧失工作能力[2-4]。目前，
通过寿命预测评估器件服役周期指导系统维护、减
少系统故障、增加系统有效运行时间，是提高系统