绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)工作时受高压大电流的热力及电力冲击引起热疲劳。其存储环境高低温变化也引起器件结构热胀冷缩而导致热疲劳问题。热疲劳致使器件热学及电学参数退化,乃至失效,对设备及系统可靠性影响严重。针对热学参数,热阻是鉴定器件热特性的重要指标。基于热阻测量的结构函数曲线能体现器件内部热阻热容分布。主流的热阻测试分析仪为美国Phase11及匈牙利T3Ster。温度循环试验是评估器件热可靠性的必要方式。因此,本文针对热阻结构函数分析及器件热疲劳可靠性进行研究。本文以IGBT分立器件为研究对象,基于结构函数算法,采用软件开发,有限元分析和温度循环热疲劳试验对其热特性及寿命进行研究,主要内容包括:1.结构函数算法的研究和实现,并对结果进行验证。结构函数算法主要包括时间常数谱提取及网络模型转换。本文使用贝叶斯迭代算法实现常数谱提取,通分及辗转相除算法实现网络模型转换。本文采用自主设计的高精度数据类型优化网络模型转换,实现无限精度网络转换,有效位数大于双精度数据类型。解决了由于编程语言精度不足,在网络模型转换时出现的截取误差问题。本文采用C#语言完成结构函数分析软件的设计,其中包括界面设计,数据库模块,算法分析,图形绘制等。通过等效电路,仿真模型及实际采样方法对结果进行验证。2.有限元热及热应力仿真。采用ANSYS有限元分析软件,首先建立IGBT三维热模型,通过控制仿真步长及时间进行瞬态热仿真。提取仿真数据作为结构函数分析软件的输入进行分析,基本获得仿真模型各个结构层热阻热容。通过调整结构层尺寸,参数及是否存在空洞等设置,结合得到的不同状态下结构函数曲线,分析IGBT热特性。其次,建立IGBT三维热应力模型,进行不同温度范围的温度循环仿真。结果显示焊料层与芯片和铜基板界面的边角是受应力最大之处,疲劳受损最严重。根据仿真结果推算不同温度范围内的失效循环次数,拟合寿命模型参数,预测实际存储条件下器件寿命。3.利用高低温循环试验箱,完成-40~oC—125~oC温度循环试验。结合Tektronix370,Keithley4200半导体参数测试仪和Phase11热阻测试仪,对被测器件进行参数测量。以超声波扫描显微镜和X-Ray检测微观结构作为辅助手段,观察并分析温循试验结果。利用结构函数曲线,分析试验前后热阻变化。