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绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT）以其输入阻抗高、控制电路简单、载流密度大、开关速度快、饱和压降低等优点，已成为了现代电力电子领域的代表性器件，但随着功率半导体新结构和新工艺的应用，IGBT模块的电流密度和耐压等级不断增大，体积越来越小，其所承受的热学载荷却越来越重。据统计55％以上的模块故障是由热疲劳失效引起的，因此，研究IGBT模块的疲劳失效机理，探究疲劳损伤对IGBT模块的影响，对提高模块的可靠性有重要意义。由于IGBT模块一般处于封装中，内部故障难以测量，状态难以评估，可靠性难以保证。本文分析IGBT模块的疲劳失效机理，建立IGBT模块的电-热-结构强耦合模型，计算了IGBT模块的疲劳全寿命，重点研究了裂纹扩展期间IGBT模块相关物理参数的变化规律，基于壳温实现对IGBT模块疲劳损伤状态的有效评估，制定运行策略提高其工作可靠性。概括起来，论文主要研究内容如下： （1）介绍IGBT模块的基本结构和工作原理，分析功率循环下IGBT模块的热疲劳失效机理，总结了IGBT模块主要的疲劳失效形式，并探究了IGBT模块疲劳损伤与状态参数之间关系； （2）根据IGBT模块运行时的多物理场特性，考虑电、热、结构场之间的不可分割性，建立了IGBT模块的电-热-结构强耦合模型，基于电-热-结构耦合计算，结合疲劳失效理论提出了IGBT模块全寿命疲劳分析方法； （3）以市场上常见的SKM300GB128D模块为研究对象，利用电-热-结构强耦合模型研究了IGBT模块在功率循环下的多物理场特性，确定了热应力是引起IGBT模块低周疲劳失效的主要原因，为IGBT模块的热疲劳分析奠定了基础； （4）利用铝材料疲劳试验测得应变疲劳曲线，对IGBT模块进行了全寿命疲劳寿命计算，并通过电-热-结构强耦合模型重点分析疲劳裂纹扩展期间的电热参数变化规律，建立了 IGBT模块壳温与内部损伤程度之间的关系，提出了一种基于壳温的IGBT模块损伤状态评估模型，当壳温升高至69.2℃后，IGBT模块疲劳裂纹扩展明显加快，应立即更换器件，防止发生故障。