SJT 11975-2025 电力系统用压接式绝缘栅双极晶体管（IGBT）门类规范标准立项发展报告

电力系统用压接式绝缘栅双极晶体管（IGBT）门类规范StandardizationDevelopmentReport:DirectivesforPress-PackInsulatedGateBipolarTransistor(IGBT)forPowerSystem摘要绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为电力电子领域的核心器件，在智能电网、轨道交通、新能源发电及工业驱动等国民经济重点领域发挥着不可替代的作用。随着我国特高压输电、柔性直流输电及新型电力系统建设的深入推进，电力系统对高功率、高可靠性压接式IGBT器件的需求日益迫切。然而，长期以来我国缺乏适用于电力系统应用的压接式IGBT专项标准，制约了该领域产品研发、质量控制和工程应用的规范化发展。在此背景下，行业标准SJ/T11975-2025《电力系统用压接式绝缘栅双极晶体管（IGBT）门类规范》应运而生。该标准由工业和信息化部发布，于2025年5月9日正式发布，2025年8月1日起实施。本标准系统规定了电力系统用压接式IGBT的术语定义、分类体系、技术要求、试验方法、检验规则及标志包装等核心内容，填补了我国电力系统用压接式IGBT领域标准空白，对指导产品研发设计、规范市场秩序、保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。本报告就该标准的编制背景、主要技术内容及行业影响进行系统阐述。关键词：压接式IGBT；电力系统；标准规范；门类规范；功率半导体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研究背景随着全球能源转型加速推进，我国电力系统正经历从传统电力系统向新型电力系统的深刻变革。以风电、光伏为代表的可再生能源大规模并网，特高压交直流混联电网持续建设，以及电动汽车充换电设施快速普及，对电力电子变换装置的容量等级、效率指标和可靠性水平提出了前所未有的高要求。绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为功率半导体器件的代表性产品，兼具金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）高输入阻抗和双极型晶体管（BJT）低导通压降的双重优势，已成为电力电子变换装置中的核心功率开关器件。在众多的IGBT封装形式中，压接式封装因其独特的结构优势——双面散热能力强、失效短路模式可靠、易于串联均压——在高压直流输电、静止同步补偿器、柔性交流输电系统等电力系统高端应用领域占据不可替代的地位。然而，长期以来，我国关于压接式IGBT的标准体系建设明显滞后于产业发展和技术进步的速度。从国际层面看，IEC60747-9等国际标准虽对IGBT的一般要求有所涉及，但对于压接式封装特有的机械压力参数、接触热阻特性、压力均匀度要求、失效短路模式验证等关键技术指标缺乏系统性规定。从国内层面看，已有标准多集中于模块封装形式的IGBT应用，对压接式IGBT的专项规范尚属空白。标准缺失带来的问题日益突出：一方面，用户单位在采购、验收、运维过程中缺乏统一的技术依据和检测准则，难以有效甄别产品质量；另一方面，制造企业在产品设计、生产控制和出厂检验中缺乏统一的规范引导，制约了产品质量的一致性和可靠性提升。此外，标准缺失还对国产压接式IGBT在国际市场上的互认和贸易造成障碍。1.2标准编制目的与意义二、标准基本信息标准编号：SJ/T11975-2025标准名称：电力系统用压接式绝缘栅双极晶体管（IGBT）门类规范英文名称：DirectivesforPress-PackInsulatedGateBipolarTransistor(IGBT)forPowerSystem标准状态：现行发布机构：行业标准-电子分类号：三极管发布日期：2025年5月9日实施日期：2025年8月1日国别：中国语言：中文（简体）作为电子行业标准（SJ标准），该标准由工业和信息化部归口管理。SJ标准是我国电子信息技术领域重要的行业标准层级，具有法定约束力和行业指导作用，在电子信息技术领域具有较高的权威性和广泛的应用基础。该标准的发布实施，标志着我国电力系统用压接式IGBT器件standardized工作迈入新的历史阶段。三、标准编制背景与市场需求分析3.1技术发展现状压接式IGBT器件的发展可追溯至20世纪90年代初期。与传统的焊接式模块IGBT相比，压接式IGBT采用独特的弹性压接结构，通过外部机械压力实现芯片与电极之间的电气连接和热传导，无需焊料层和键合引线。这种结构带来了显著的技术优势：（1）双面散热能力：压接式IGBT的芯片上下表面均可直接接触散热器，热阻较单面散热的焊接式模块降低约40%-50%，显著提升了器件的电流承载能力和功率密度。（2）失效短路模式：在器件失效时，压接式结构能够维持低阻抗短路状态，这一特性对于高压直流输电等串联应用场景至关重要——它保证了单个器件失效不会导致整个串联支路中断，为系统级可靠性设计提供了冗余空间。（3）易于串联应用：压接式封装便于实现多器件串联均压，配合外部压力调节可实现良好的动态和静态均压特性，满足高压应用需求。（4）无焊料层可靠性优势：消除了焊料层热疲劳失效机理，器件的功率循环能力和热循环寿命显著提升。正是基于上述技术优势，压接式IGBT已在全球范围内广泛应用于舟山柔直工程、张北柔直电网工程等多个国家级重大工程中。然而，压接式IGBT的设计和制造涉及精密机械加工、芯片工艺、封装工艺、压力工程、热管理等多个交叉学科领域，技术门槛极高。目前，全球范围内具备高压大容量压接式IGBT量产能力的企业仍较有限，市场主要被少数国际巨头所主导。近年来，国内企业如株洲中车时代电气、国电投等在该领域取得了积极进展，但产业发展亟需标准引领和规范。3.2标准体系缺口分析在SJ/T11975-2025发布之前，我国涉及IGBT的标准主要包括：-GB/T29332-2012《半导体器件分立器件第9部分：绝缘栅双极晶体管（IGBT）》（等同采用IEC60747-9），侧重于分立器件的通用要求和测试方法；-GB/T37533-2019《柔性直流输电用绝缘栅双极晶体管（IGBT）门类规范》等专项标准；-各类模块用IGBT的可靠性试验标准和应用指南。然而，上述标准中，GB/T29332主要面向通用分立器件，对电力系统应用场景的特殊要求覆盖不足；而GB/T37533虽面向柔直输电应用，但在器件封装形式维度上未对压接式结构的技术特性（如压力参数、接触热阻、压力均匀度）给予充分的专项规范。具体而言，压接式IGBT区别于焊接式模块的特殊技术指标，如安装压力范围、压力不均匀度容限、接触热阻的测试方法、压力-电阻特性评估等，在既有标准体系中缺乏统一的规定。此外，电力系统应用对IGBT的可靠性要求（如长期运行稳定性、短路耐受能力、高空泡率条件下的安全工作区等）也需专门的技术规范予以明确。因此，SJ/T11975-2025的制定填补了该细分领域的标准空白，与上述现有标准形成了有力的补充和衔接关系，构建了涵盖不同封装形式（压接式与焊接式）、不同应用场景（通用与电力系统专用）的分层次标准体系。四、标准主要内容4.1标准适用范围SJ/T11975-2025规定了电力系统用压接式IGBT门类规范的术语定义、分类与命名、技术要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输和贮存等方面的内容。该标准适用于电力系统用压接式绝缘栅双极晶体管（IGBT）的研制、生产、检验、采购和应用等环节，特别适用于高压直流输电、柔性交流输电、静止无功补偿、有源电力滤波器等电力电子装置中使用的压接式IGBT器件。4.2术语和定义标准对压接式IGBT相关的关键术语进行了规范化定义，涵盖以下主要内容：-压接式IGBT：采用压接封装结构、通过外部机械压力实现芯片电气连接和热接触的绝缘栅双极晶体管器件；-门类规范：对某一特定门类（类型）的元器件规定其适用的质量评定程序、试验方法和统一技术要求的标准文件；-压力接触：通过施加规定的机械压力使器件内部各层结构之间形成可靠的电气连接和热接触的方式；-接触热阻：在规定的安装压力下，器件芯片结到散热器表面之间的等效热阻；-短路失效模式：器件失效后表现为两端低阻抗导通状态的失效特征。此外，标准还对夹紧力（ClampForce）、压力不均匀度（PressureNon-Uniformity）、结壳热阻（ThermalResistance,Junction-to-Case）、安全操作区（SafeOperatingArea,SOA）等关键术语进行了规范定义，确保使用各方对相关概念有统一理解。4.3分类与命名按额定电压等级，压接式IGBT可分为3300V及以下、4500V、6500V等不同电压等级；按芯片技术可分为穿通型（PT）、非穿通型（NPT）和场截止型（FS）等不同技术类型；按器件结构可分为单管压接式和压接式模块（含多芯片并联）等。标准对器件的型号命名规则进行了统一规定，型号编制应包含器件类型、电压等级、电流等级、封装形式代码等关键信息，以便于识别和管理。4.4技术要求（1）电气特性要求标准对压接式IGBT的断态电压、集电极电流、饱和压降、开关时间、开关损耗、栅极电荷、漏电流等关键电气参数及允许偏差范围进行了规定，并明确了不同电压/电流等级器件的参数要求。（2）机械特性要求机械特性要求是标准的核心特色内容，规定了器件安装压力的允许范围（如典型压接力范围、最大允许压力、最小维持压力）、压力不均匀度容限（通常要求各芯片位置压力偏差不超过规定百分比）、接触电阻的稳定性要求等。（3）热特性要求标准规定了结壳热阻的最大允许值、瞬态热阻抗特性要求、功率循环能力和热循环能力指标（包括循环次数、温度变化范围、判定准则等）、最高允许结温等。（4）可靠性要求针对电力系统应用场景，规定了高压阻断可靠性（包括高温高压阻断试验条件）、短路耐受能力（短路电流幅值和持续时间要求）、耐腐蚀和耐环境性能、长期运行稳定性（包括高温反偏试验HTRB、高温栅偏试验HTGB等）和极限试验条件。4.5试验方法标准对上述各项技术要求对应的试验方法进行了详细规定，主要包括：电气参数测试方法（含测试电路、测试条件、测试程序）、压力特性试验方法（含压力加载装置要求、压力测量方法），以及热特性试验方法和可靠性试验方法（含试验条件和失效判据）。4.6检验规则标准规定了压接式IGBT的检验分类——鉴定检验和质量一致性检验，明确了检验项目与试验方法的对应关系表、抽样方案和合格判定准则，以及出厂检验（逐批检验）的检验项目、AQL值（合格质量水平）和判定规则。4.7标志、包装、运输和贮存标准还就产品的标志内容（器件型号、批号、极性标识、生产日期等）、包装形式与防护要求、运输条件要求和贮存环境要求（温度、湿度、防静电要求）等进行了规范。五、标准主要参与单位及介绍5.1主要起草单位概况SJ/T11975-2025的制定汇聚了我国功率半导体领域产学研用的优势力量，其中株洲中车时代电气股份有限公司（简称“时代电气”）作为主要起草单位发挥了核心作用。株洲中车时代电气股份有限公司是中国中车集团旗下核心高科技企业，总部位于湖南省株洲市，是我国轨道交通牵引变流系统和功率半导体器件的领军企业。公司前身为铁道部株洲电力机车研究所半导体厂，经过数十年发展，已形成覆盖芯片设计、芯片制造、封装测试、系统应用全产业链的功率半导体产业布局。在IGBT领域，时代电气是国内少数具备从芯片设计到模块封装再到系统应用完整能力的企业之一。公司建有国内领先的功率半导体研发中心和产业化基地，掌握了高压大容量IGBT芯片设计、薄片加工、封装测试等全流程核心技术。特别是在压接式IGBT领域，时代电气率先打破国外技术垄断，成功研制出具有完全自主知识产权的压接式IGBT产品，并在多个国家重大工程中实现工程化应用。5.2其他参与单位标准制定还汇聚了国内功率半导体领域产学研用的优势力量，主要包括：-全球能源互联网研究院有限公司（现为国家电网有限公司直属科研单位）：在柔性直流输电和高压大功率电力电子器件应用方面经验丰富，负责提出了电力系统工程应用对压接式IGBT的技术需求和可靠性要求；-株洲中车时代半导体有限公司：作为时代电气功率半导体业务的核心载体，在器件设计制造和测试验证方面深度参与标准技术内容的制定；-华北电力大学：在电力电子器件可靠性评估和失效机理研究方面提供理论支撑和试验验证，负责可靠性试验方法的论证；-国网浙江省电力有限公司：基于舟山柔直工程中压接式IGBT的实际运行数据，为标准的运行维护要求提供了实践依据；-全球能源互联网集团有限公司：在标准体系规划和国际标准协调方面提供指导，确保国内标准与国际标准