SJT 11975-2025 電力系統用壓接式絕緣柵雙極晶體管（IGBT）門類規范標準立項發展報告

電力系統用壓接式絕緣柵雙極晶體管（IGBT）門類規范StandardizationDevelopmentReport:DirectivesforPress-PackInsulatedGateBipolarTransistor(IGBT)forPowerSystem摘要絕緣柵雙極晶體管（IGBT）作為電力電子領域的核心器件，在智能電網、軌道交通、新能源發電及工業驅動等國民經濟重點領域發揮著不可替代的作用。隨著我國特高壓輸電、柔性直流輸電及新型電力系統建設的深入推進，電力系統對高功率、高可靠性壓接式IGBT器件的需求日益迫切。然而，長期以來我國缺乏適用于電力系統應用的壓接式IGBT專項標準，制約了該領域產品研發、質量控制和工程應用的規范化發展。在此背景下，行業標準SJ/T11975-2025《電力系統用壓接式絕緣柵雙極晶體管（IGBT）門類規范》應運而生。該標準由工業和信息化部發布，于2025年5月9日正式發布，2025年8月1日起實施。本標準系統規定了電力系統用壓接式IGBT的術語定義、分類體系、技術要求、試驗方法、檢驗規則及標志包裝等核心內容，填補了我國電力系統用壓接式IGBT領域標準空白，對指導產品研發設計、規范市場秩序、保障電力系統安全穩定運行具有重要意義。本報告就該標準的編制背景、主要技術內容及行業影響進行系統闡述。關鍵詞：壓接式IGBT；電力系統；標準規范；門類規范；功率半導體AbstractInsulatedGateBipolarTransistor(IGBT),asacoredeviceinthefieldofpowerelectronics,playsanirreplaceableroleinkeynationaleconomicsectorsincludingsmartgrid,railtransit,renewableenergygeneration,andindustrialdrives.Withthedeepeningconstructionofultra-highvoltagetransmission,flexibleHVDCtransmission,andnew-typepowersystemsinChina,thedemandforhigh-power,high-reliabilitypress-packIGBTdevicesisbecomingincreasinglyurgent.However,foralongtime,Chinahaslackedspecialstandardsforpress-packIGBTapplicabletopowersystemapplications,whichhasrestrictedthestandardizeddevelopmentofproductR&D,qualitycontrol,andengineeringapplicationsinthisfield.Againstthisbackdrop,theindustrystandardSJ/T11975-2025"DirectivesforPress-PackInsulatedGateBipolarTransistor(IGBT)forPowerSystem"hasbeendevelopedaccordingly.ThisstandardwasissuedbytheMinistryofIndustryandInformationTechnology,officiallypublishedonMay9,2025,andimplementedfromAugust1,2025.Thestandardsystematicallyspecifiescorecontentsincludingterminologydefinitions,classificationsystems,technicalrequirements,testmethods,inspectionrules,andmarkingandpackagingforpress-packIGBTusedinpowersystems,fillingthestandardgapinthisfieldinChina.ItisofgreatsignificanceforguidingproductR&Danddesign,regulatingmarketorder,andensuringthesafeandstableoperationofpowersystems.Thisreportsystematicallyelaboratesonthecompilationbackground,maintechnicalcontents,andindustryimpactofthisstandard.Keywords:Press-PackIGBT;PowerSystem;StandardSpecification;CategorySpecification;PowerSemiconductor一、引言1.1研究背景隨著全球能源轉型加速推進，我國電力系統正經歷從傳統電力系統向新型電力系統的深刻變革。以風電、光伏為代表的可再生能源大規模并網，特高壓交直流混聯電網持續建設，以及電動汽車充換電設施快速普及，對電力電子變換裝置的容量等級、效率指標和可靠性水平提出了前所未有的高要求。絕緣柵雙極晶體管（IGBT）作為功率半導體器件的代表性產品，兼具金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）高輸入阻抗和雙極型晶體管（BJT）低導通壓降的雙重優勢，已成為電力電子變換裝置中的核心功率開關器件。在眾多的IGBT封裝形式中，壓接式封裝因其獨特的結構優勢——雙面散熱能力強、失效短路模式可靠、易于串聯均壓——在高壓直流輸電、靜止同步補償器、柔性交流輸電系統等電力系統高端應用領域占據不可替代的地位。然而，長期以來，我國關于壓接式IGBT的標準體系建設明顯滯后于產業發展和技術進步的速度。從國際層面看，IEC60747-9等國際標準雖對IGBT的一般要求有所涉及，但對于壓接式封裝特有的機械壓力參數、接觸熱阻特性、壓力均勻度要求、失效短路模式驗證等關鍵技術指標缺乏系統性規定。從國內層面看，已有標準多集中于模塊封裝形式的IGBT應用，對壓接式IGBT的專項規范尚屬空白。標準缺失帶來的問題日益突出：一方面，用戶單位在采購、驗收、運維過程中缺乏統一的技術依據和檢測準則，難以有效甄別產品質量；另一方面，制造企業在產品設計、生產控制和出廠檢驗中缺乏統一的規范引導，制約了產品質量的一致性和可靠性提升。此外，標準缺失還對國產壓接式IGBT在國際市場上的互認和貿易造成障礙。1.2標準編制目的與意義二、標準基本信息標準編號：SJ/T11975-2025標準名稱：電力系統用壓接式絕緣柵雙極晶體管（IGBT）門類規范英文名稱：DirectivesforPress-PackInsulatedGateBipolarTransistor(IGBT)forPowerSystem標準狀態：現行發布機構：行業標準-電子分類號：三極管發布日期：2025年5月9日實施日期：2025年8月1日國別：中國語言：中文（簡體）作為電子行業標準（SJ標準），該標準由工業和信息化部歸口管理。SJ標準是我國電子信息技術領域重要的行業標準層級，具有法定約束力和行業指導作用，在電子信息技術領域具有較高的權威性和廣泛的應用基礎。該標準的發布實施，標志著我國電力系統用壓接式IGBT器件standardized工作邁入新的歷史階段。三、標準編制背景與市場需求分析3.1技術發展現狀壓接式IGBT器件的發展可追溯至20世紀90年代初期。與傳統的焊接式模塊IGBT相比，壓接式IGBT采用獨特的彈性壓接結構，通過外部機械壓力實現芯片與電極之間的電氣連接和熱傳導，無需焊料層和鍵合引線。這種結構帶來了顯著的技術優勢：（1）雙面散熱能力：壓接式IGBT的芯片上下表面均可直接接觸散熱器，熱阻較單面散熱的焊接式模塊降低約40%-50%，顯著提升了器件的電流承載能力和功率密度。（2）失效短路模式：在器件失效時，壓接式結構能夠維持低阻抗短路狀態，這一特性對于高壓直流輸電等串聯應用場景至關重要——它保證了單個器件失效不會導致整個串聯支路中斷，為系統級可靠性設計提供了冗余空間。（3）易于串聯應用：壓接式封裝便于實現多器件串聯均壓，配合外部壓力調節可實現良好的動態和靜態均壓特性，滿足高壓應用需求。（4）無焊料層可靠性優勢：消除了焊料層熱疲勞失效機理，器件的功率循環能力和熱循環壽命顯著提升。正是基于上述技術優勢，壓接式IGBT已在全球范圍內廣泛應用于舟山柔直工程、張北柔直電網工程等多個國家級重大工程中。然而，壓接式IGBT的設計和制造涉及精密機械加工、芯片工藝、封裝工藝、壓力工程、熱管理等多個交叉學科領域，技術門檻極高。目前，全球范圍內具備高壓大容量壓接式IGBT量產能力的企業仍較有限，市場主要被少數國際巨頭所主導。近年來，國內企業如株洲中車時代電氣、國電投等在該領域取得了積極進展，但產業發展亟需標準引領和規范。3.2標準體系缺口分析在SJ/T11975-2025發布之前，我國涉及IGBT的標準主要包括：-GB/T29332-2012《半導體器件分立器件第9部分：絕緣柵雙極晶體管（IGBT）》（等同采用IEC60747-9），側重于分立器件的通用要求和測試方法；-GB/T37533-2019《柔性直流輸電用絕緣柵雙極晶體管（IGBT）門類規范》等專項標準；-各類模塊用IGBT的可靠性試驗標準和應用指南。然而，上述標準中，GB/T29332主要面向通用分立器件，對電力系統應用場景的特殊要求覆蓋不足；而GB/T37533雖面向柔直輸電應用，但在器件封裝形式維度上未對壓接式結構的技術特性（如壓力參數、接觸熱阻、壓力均勻度）給予充分的專項規范。具體而言，壓接式IGBT區別于焊接式模塊的特殊技術指標，如安裝壓力范圍、壓力不均勻度容限、接觸熱阻的測試方法、壓力-電阻特性評估等，在既有標準體系中缺乏統一的規定。此外，電力系統應用對IGBT的可靠性要求（如長期運行穩定性、短路耐受能力、高空泡率條件下的安全工作區等）也需專門的技術規范予以明確。因此，SJ/T11975-2025的制定填補了該細分領域的標準空白，與上述現有標準形成了有力的補充和銜接關系，構建了涵蓋不同封裝形式（壓接式與焊接式）、不同應用場景（通用與電力系統專用）的分層次標準體系。四、標準主要內容4.1標準適用范圍SJ/T11975-2025規定了電力系統用壓接式IGBT門類規范的術語定義、分類與命名、技術要求、試驗方法、檢驗規則以及標志、包裝、運輸和貯存等方面的內容。該標準適用于電力系統用壓接式絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的研制、生產、檢驗、采購和應用等環節，特別適用于高壓直流輸電、柔性交流輸電、靜止無功補償、有源電力濾波器等電力電子裝置中使用的壓接式IGBT器件。4.2術語和定義標準對壓接式IGBT相關的關鍵術語進行了規范化定義，涵蓋以下主要內容：-壓接式IGBT：采用壓接封裝結構、通過外部機械壓力實現芯片電氣連接和熱接觸的絕緣柵雙極晶體管器件；-門類規范：對某一特定門類（類型）的元器件規定其適用的質量評定程序、試驗方法和統一技術要求的標準文件；-壓力接觸：通過施加規定的機械壓力使器件內部各層結構之間形成可靠的電氣連接和熱接觸的方式；-接觸熱阻：在規定的安裝壓力下，器件芯片結到散熱器表面之間的等效熱阻；-短路失效模式：器件失效后表現為兩端低阻抗導通狀態的失效特征。此外，標準還對夾緊力（ClampForce）、壓力不均勻度（PressureNon-Uniformity）、結殼熱阻（ThermalResistance,Junction-to-Case）、安全操作區（SafeOperatingArea,SOA）等關鍵術語進行了規范定義，確保使用各方對相關概念有統一理解。4.3分類與命名按額定電壓等級，壓接式IGBT可分為3300V及以下、4500V、6500V等不同電壓等級；按芯片技術可分為穿通型（PT）、非穿通型（NPT）和場截止型（FS）等不同技術類型；按器件結構可分為單管壓接式和壓接式模塊（含多芯片并聯）等。標準對器件的型號命名規則進行了統一規定，型號編制應包含器件類型、電壓等級、電流等級、封裝形式代碼等關鍵信息，以便于識別和管理。4.4技術要求（1）電氣特性要求標準對壓接式IGBT的斷態電壓、集電極電流、飽和壓降、開關時間、開關損耗、柵極電荷、漏電流等關鍵電氣參數及允許偏差范圍進行了規定，并明確了不同電壓/電流等級器件的參數要求。（2）機械特性要求機械特性要求是標準的核心特色內容，規定了器件安裝壓力的允許范圍（如典型壓接力范圍、最大允許壓力、最小維持壓力）、壓力不均勻度容限（通常要求各芯片位置壓力偏差不超過規定百分比）、接觸電阻的穩定性要求等。（3）熱特性要求標準規定了結殼熱阻的最大允許值、瞬態熱阻抗特性要求、功率循環能力和熱循環能力指標（包括循環次數、溫度變化范圍、判定準則等）、最高允許結溫等。（4）可靠性要求針對電力系統應用場景，規定了高壓阻斷可靠性（包括高溫高壓阻斷試驗條件）、短路耐受能力（短路電流幅值和持續時間要求）、耐腐蝕和耐環境性能、長期運行穩定性（包括高溫反偏試驗HTRB、高溫柵偏試驗HTGB等）和極限試驗條件。4.5試驗方法標準對上述各項技術要求對應的試驗方法進行了詳細規定，主要包括：電氣參數測試方法（含測試電路、測試條件、測試程序）、壓力特性試驗方法（含壓力加載裝置要求、壓力測量方法），以及熱特性試驗方法和可靠性試驗方法（含試驗條件和失效判據）。4.6檢驗規則標準規定了壓接式IGBT的檢驗分類——鑒定檢驗和質量一致性檢驗，明確了檢驗項目與試驗方法的對應關系表、抽樣方案和合格判定準則，以及出廠檢驗（逐批檢驗）的檢驗項目、AQL值（合格質量水平）和判定規則。4.7標志、包裝、運輸和貯存標準還就產品的標志內容（器件型號、批號、極性標識、生產日期等）、包裝形式與防護要求、運輸條件要求和貯存環境要求（溫度、濕度、防靜電要求）等進行了規范。五、標準主要參與單位及介紹5.1主要起草單位概況SJ/T11975-2025的制定匯聚了我國功率半導體領域產學研用的優勢力量，其中株洲中車時代電氣股份有限公司（簡稱“時代電氣”）作為主要起草單位發揮了核心作用。株洲中車時代電氣股份有限公司是中國中車集團旗下核心高科技企業，總部位于湖南省株洲市，是我國軌道交通牽引變流系統和功率半導體器件的領軍企業。公司前身為鐵道部株洲電力機車研究所半導體廠，經過數十年發展，已形成覆蓋芯片設計、芯片制造、封裝測試、系統應用全產業鏈的功率半導體產業布局。在IGBT領域，時代電氣是國內少數具備從芯片設計到模塊封裝再到系統應用完整能力的企業之一。公司建有國內領先的功率半導體研發中心和產業化基地，掌握了高壓大容量IGBT芯片設計、薄片加工、封裝測試等全流程核心技術。特別是在壓接式IGBT領域，時代電氣率先打破國外技術壟斷，成功研制出具有完全自主知識產權的壓接式IGBT產品，并在多個國家重大工程中實現工程化應用。5.2其他參與單位標準制定還匯聚了國內功率半導體領域產學研用的優勢力量，主要包括：-全球能源互聯網研究院有限公司（現為國家電網有限公司直屬科研單位）：在柔性直流輸電和高壓大功率電力電子器件應用方面經驗豐富，負責提出了電力系統工程應用對壓接式IGBT的技術需求和可靠性要求；-株洲中車時代半導體有限公司：作為時代電氣功率半導體業務的核心載體，在器件設計制造和測試驗證方面深度參與標準技術內容的制定；-華北電力大學：在電力電子器件可靠性評估和失效機理研究方面提供理論支撐和試驗驗證，負責可靠性試驗方法的論證；-國網浙江省電力有限公司：基于舟山柔直工程中壓接式IGBT的實際運行數據，為標準的運行維護要求提供了實踐依據；-全球能源互聯網集團有限公司：在標準體系規劃和國際標準協調方面提供指導，確保國內標準與國際標準