IGBT作为电力电子装置的关键器件，在新能源发电、智能电网及高速列车牵引等领域得到了广泛应用。但是，为了满足IGBT模块小型化与高功率密度的发展需求，模块内部所受温度波动与循环剪切应力的猛烈冲击也日益加重，从而使得IGBT模块失效问题也愈发严重。现有研究表明，功率模块导致的变流器故障高达31%。其中，功率模块的失效约七成是由于键合线故障所导致的。因此，深入研究IGBT模块键合线的老化、失效机理与状态监测，是功率器件应用中亟待解决的关键问题。
　　本文根据IGBT模块的实际结构结构参数与材料参数，增加了芯片正面金属化层，利用有限元仿真软件，搭建了IGBT单芯片多物理场模型与IGBT多芯片电热耦合模型。在此基础上，分析IGBT模块材料选型与搭配对其键合线失效的影响规律，提出一种降低IGBT键合线失效风险的最优材料选型与搭配方案。最后，分析温度梯度表征IGBT模块热行为的能力，提出了基于温度梯度的IGBT键合线状态监测方法。本文主要创新内容如下：
　　(1)提出一种降低IGBT键合线失效风险的最优材料选型与搭配方案。利用所搭建的IGBT单芯片多物理场模型，以IGBT模块材料选型与搭配为出发点，分析了不同键合线材料、正面金属化层材料以及两者的材料搭配对IGBT模块内部的温度与剪切应力的影响。研究表明，键合线材料对模块内部的最高温度与最大剪切应力大小都有着直接的影响，铜键合线相比于铝键合线能显著降低模块内部的温度。正面金属化层对模块内部的剪切应力大小有着直接的影响，正面金属化铜层相比于正面金属化铝层能显著降低模块内部的剪切应力。铜键合线和正面金属化铜层搭配的方案，能最大程度的降低模块内部键合线上的最高温度和最大剪切应力，为IGBT模块最优的材料选型与搭配方案。此方案可以最大程度的降低键合线的失效风险，提高IGBT模块键合线的可靠性。
　　(2)提出一种基于温度梯度的IGBT模块键合线状态监测方法。以键合线失效为研究方向，首先对所搭建的IGBT单芯片多物理场模型进行完善，搭建了IGBT多芯片电热耦合模型。其次，分析了键合线脱落根数与脱落位置对IGBT模块内部电热特性的影响。仿真结果表明，键合线脱落根数的改变是引起IGBT模块最高温度变化的主要因素，同时单个IGBT芯片上部分键合线脱落对IGBT模块运行温度影响较小，从而不会影响IGBT模块继续运行。但是当芯片上键合线全部脱落时，由于电流的均流作用，会使得其他芯片上运行温度的急剧上升，进而加快剩余键合线的脱落，最终导致IGBT模块的运行温度超过最大允许结温而失效。最后，基于键合线脱落对IGBT模块运行温度的影响，提出了一种基于温度梯度的IGBT键合线状态监测方法，与监测IGBT模块运行温度相比，该方法具有更高的准确性与灵敏性。并且定义了监测IGBT键合线脱落根数的判定区间与过渡区间，为键合线的状态监测提供了判断依据。