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绝缘栅双极型晶体管(IGBT)融合了MOSFET与BJT的优点，是现代电力电子领域最重要的功率器件之一。然而，IGBT器件结构与工作机理的复杂性导致其失效模式与失效机理复杂多样，因此器件的可靠性问题是IGBT实际研发中的难点。器件的设计、工艺、封装、测试、应用等各个环节都涉及到可靠性方面的问题。本文针对IGBT实际研发过程中出现的可靠性问题，从机理上分析产生问题的原因，从器件的设计、工艺、封装等方面进行改进与优化，提高IGBT的可靠性，减少潜在的可靠性风险。 本研究主要内容包括：⑴高可靠性压接式(flat-packaged) IGBT设计。元胞中的应力不利于IGBT的可靠性，因此常规的压接式IGBT在芯片设计上采用无元胞的压接区域与电极板进行压接。这样不仅需要浪费近一半的芯片面积，还使得芯片的散热性能受到限制，因为发热区（元胞）并没有直接与电极板接触。本文通过对硅片中应力分布特点的研究，改进了IGBT的元胞结构，提出了一种新型的“沟道自由压接式IGBT”。新设计的IGBT元胞可直接进行压接，且沟道部分几乎不受应力的影响。这一设计不仅可以大幅节省芯片面积，还可以显著缩短元胞的散热路径，提高IGBT的散热性能。该设计思想得到国际同行的认可，并申请了发明专利。⑵IGBT负密勒电容现象的机理研究。IGBT在开关瞬态具有负密勒电容现象，这一现象会影响IGBT的开关过程的稳定性。在IGBT研发过程中有部分产品出现开通速度过快的问题，因此有必要对这一现象进行深入研究，以排查问题的原因。目前关于IGBT负密勒电容现象的研究较少。有一种观点认为负密勒电容现象的根源是密勒电容的电压依赖性。但这一观点存在一定的局限性，在物理上也存在模糊之处。本文对IGBT负密勒电容现象进行了详细的理论分析，并指出负密勒电容现象的根源是密勒电容的电流依赖性而非电压依赖性。对IGBT开通与关断过程中发生负密勒电容现象的条件进行了讨论与实验验证，并从器件设计层面讨论了与负密勒电容现象相关的问题。⑶IGBT与FRD（快恢复二极管）的协同工作问题研究。FRD是IGBT模块中必备的组件，往往需要自主设计。研发过程中部分IGBT产品在开通瞬态存在非常严重的电流过冲。电流过冲来自FRD的反向恢复电流，但却是由IGBT与FRD二者共同决定。本文一方面对IGBT自身开通速度过快的问题进行了分析，并从器件设计上找到解决方法;另一方面通过载流子寿命控制技术对FRD的反向恢复特性进行了优化，降低了FRD的反向恢复电流。⑷IGBT动态测试的准确性问题研究。准确的测试数据是器件设计与应用的基础。IGBT的动态测试一般采用进口专业设备，测试费用不低，但是测试数据的准确性仍然需要仔细分析。在IGBT动态测试中，通常认为动态参数是IGBT本身的固有特性，陪测FRD及负载电感对测试结果并无影响，并且在各大厂商的数据手册中也并不作相关说明。然而，实际上这些因素对IGBT动态测试的结果影响很大，并且其影响大小与被测IGBT本身的特点有关，对不同结构的IGBT影响不同。本文从电路及器件物理层面分析了产生这些误差的原因，并提出相关的解决方法。⑸工艺与封装造成的IGBT失效问题研究。工艺与封装质量对功率半导体器件的可靠性至关重要。对于设计与代工、封装分离的IGBT研发模式，这方面的问题更难控制。本文针对一些工艺、封装造成的IGBT失效进行了案例分析，包括钝化层裂纹造成高温反偏（HTRB）考核漏电偏大、划片不平整造成动态工作时上桥臂IGBT烧毁、过度键合(over-bonding)造成的键合点附近烧毁等案例。