目前，國內外對于IGBT器件失效的研究眾多，主要從兩方面入手，一方面是考慮器件自身的工作循環，另一方面是考慮器件的實際工況環境，研究表明IGBT失效是由內部工作循環及外部工況同時作用導致的，其失效機理復雜，失效模式主要分為封裝類失效及芯片類失效，如圖2-2所示。

    鍵合引線一般是通過超聲波鍵合工藝，實現與芯片、DBC板的連接，由于工作過程中承受較大的電流負載，其鍵合點處為IGBT模塊的薄弱環節之一。鍵合線故障主要包括鍵合點脫落及鍵合線斷裂，研究表明功率電子器件中鍵合線失效占器件總失效的70%左右。隨著技術發展，用于IGBT鍵合線的材料特性越來越好，鍵合線斷裂情況很少再發生，因此IGBT鍵合線故障主要的失效模式為鍵合點脫落。鍵合線脫落如圖(a)、(b)，由于鋁鍵合線的抗拉極限低，在IGBT正常工作時的功率循環與溫度循環下，因電流通過產生的熱應力及材料間CTE差異引起的剪切應力，導致鍵合線與芯片連接處萌生裂紋，在持續的熱應力或外部環境如振動沖擊影響下，裂紋擴展，進而導致IGBT鍵合線脫落。

    鍵合引線在剪切應力作用下裂紋擴展失效的過程如圖2-4 所示，可以看到裂紋萌生的部位產生了應力集中效應，導致靠近裂紋位置的應力(σlocal) 要明顯大于其它距離裂紋位置較遠的應力(σ)，兩應力之間存在如式(2-1)所述關系式。圖2-4中: a表示當前形成的裂紋長度，r 表示到當前形成裂紋尖部的距離大小。可以看到，σloca 應力隨著到裂紋尖部的距離增大而呈現減小趨勢，當某一靠近裂紋的位置出現σloca應力大于鋁鍵合引線產生的應力時，裂紋變形將發生擴展，進而導致鋁鍵合引線與IGBT 芯片間發生脫落。同時，如果需要確定裂紋變形區域的寬度，我們可以在式(2-1) 和式(2-2) 中假定σloca=σy,，然后求解即可。

    焊料層主要作用在于連接IGBT器件內部各層材料，在工作期間產生的熱循環過程中，由于材料間CTE差異，在材料間產生交變的剪切熱應力，焊料層疲勞如圖2-5 (a)、 2-5 (b)所示。在上述應力的連續作用下，導致焊料層疲勞老化，萌生裂紋，進而擴展至材料分層，同時由于裂紋及分層的產生，焊料層與各層材料間的接觸面積變小，模塊熱阻增大，IGBT 器件內溫度進一步升高，并加速焊料層的失效，循環往復,致使IGBT過熱燒毀。另一方面，不可避免的IGBT在制造過程中由于其工藝本身缺陷，其初始狀態就具有裂紋或空洞等，這些工藝缺陷在熱應力的激發下，同樣將導致器件的失效。

    IGBT器件焊料層疲勞的擴展過程與鍵合引線裂紋擴展類似，如圖2-6所示。上圖所示熱剪切應力作用下，焊料層疲勞裂紋末端產生一個不可恢復區域，同時在熱應力作用下，裂紋發生拉長，致使焊料層生成一個包含可恢復變形( △ael )和永久變形( △apl )新的表面。在應力σ去除后，前面形成的可恢復變形將復原，但永久變形部分仍在，致使新生成的表面發生擴展。