IEC 60747-62025 半导体器件 - 第6部分分立器件 - 晶闸管标准立项发展报告

半导体器件-第6部分：分立器件-晶闸管标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Semiconductordevices-Part6:Discretedevices-Thyristors(IEC60747-6:2025)摘要晶闸管作为电力电子领域的核心功率半导体器件，在高压直流输电、无功补偿、电机驱动、感应加热及大功率电源等工业应用中扮演着不可替代的关键角色。随着碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体材料的商业化应用以及高压大容量电力电子装置对器件性能要求的持续提升，国际电工委员会（IEC）于2025年9月30日正式发布IEC60747-6:2025《半导体器件-第6部分：分立器件-晶闸管》标准，替代原有版本，以适应当前技术发展水平与工程应用需求。本报告系统梳理了该标准的立项背景、修订历程、核心技术内容变化及其行业影响。该标准在保留原有晶闸管术语体系与基本测试框架的基础上，重点扩充了门极辅助关断晶闸管（GTO）、集成门极换流晶闸管（IGCT）等新型器件的参数定义与测试方法，更新了高温特性测试要求与可靠性验证规范，并首次纳入了碳化硅基晶闸管器件的特性表征内容。本报告认为，该标准的发布实施将对高压大功率变流装置的设计选型、质量判定与国际贸易产生重要指导作用，建议国内相关标准化技术委员会加快对口转化工作，推动我国电力电子器件标准体系实现国际接轨。关键词：晶闸管；分立器件；IEC60747-6；国际标准；功率半导体；器件测试；标准化Keywords:Thyristor;DiscreteDevices;IEC60747-6;InternationalStandard;PowerSemiconductor;DeviceTesting;Standardization一、引言晶闸管（Thyristor）自1957年由美国通用电气公司首次商业化以来，历经六十余年发展，至今仍是高压大功率电能变换领域不可或缺的核心半导体器件。在±800kV及以上电压等级的特高压直流输电工程中，6英寸乃至更大尺寸的电触发晶闸管仍是换流阀的唯一可选功率器件。与此同时，随着硅基器件性能逼近理论极限，碳化硅（SiC）基晶闸管因其更高的耐压能力和更高的工作结温，正在成为新一代超高压电力电子装备的候选方案。在此技术演进背景下，制定一部涵盖传统硅基晶闸管及新型器件特性、适应工业应用需求的技术标准，对于保障器件质量一致性、促进国际贸易和技术交流具有重要的基础性支撑作用。国际电工委员会（IEC）作为全球最具权威性的国际标准化组织之一，其下属的第47技术委员会（TC47：半导体器件）长期负责半导体器件领域的国际标准制修订工作。IEC60747系列标准是半导体分立器件领域的基础性标准框架，其中第6部分针对晶闸管器件制定统一的技术要求和试验方法。自该标准首次发布以来，经历了多次修订与补充，以适应器件技术进步和行业需求的变化。2025版标准的发布，标志着晶闸管国际标准在技术覆盖面和适用性方面完成了新一轮整体升级。二、标准立项背景与修订历程2.1技术发展驱动近年来，功率半导体技术呈现出一系列显著的发展趋势，直接推动了晶闸管标准的修订需求。首先，在传统硅基器件领域，随着特高压直流输电工程的建设需求，电触发晶闸管的电压等级已从早期的千伏级提升至8.5kV甚至更高，器件直径也从2英寸、3英寸逐步扩展到5英寸、6英寸，对器件参数的测试精度和一致性和批量生产的质量控制提出了更高要求。其次，以集成门极换流晶闸管（IGCT）为代表的派生器件在高压大功率变流器中获得广泛应用，该类器件结合了晶闸管低导通损耗与门极可关断特性的优势，需要建立独立的参数体系和测试规范。再者，碳化硅（SiC）基晶闸管的研发取得突破性进展，实验室已实现20kV以上阻断电压的SiC晶闸管样机，其高温特性和开关行为与传统硅基器件存在本质差异，亟需在国际标准层面建立统一的表征方法。2.2市场需求变化全球能源转型战略的加速实施为晶闸管产业带来了新的市场需求格局。一方面，海上风电的大规模开发催生了柔性直流输电技术的快速推广应用，其中换流阀所需的压接式晶闸管和IGCT器件的需求量持续增长。另一方面，轨道交通、工业传动、大功率感应加热等传统应用领域对器件可靠性和寿命指标的要求日趋严格。市场对晶闸管标准的适用性和前瞻性提出了更高要求，包括更宽的工作温度范围覆盖、更加细化的可靠性试验方法以及更为严格的参数离散性控制等。2.3标准修订历程IEC60747-6标准的修订工作始于2021年初，由IECTC47下属的第2工作组（WG2：分立器件）牵头组织。来自中国、德国、日本、美国、瑞士等主要半导体器件生产国和应用国的技术专家共同参与了标准草案的讨论与制定工作。经过多轮工作组会议、委员会草案（CD）投票和最终国际标准草案（FDIS）投票，标准于2024年底完成全部技术审定程序，最终于2025年9月30日正式发布。新版标准在技术内容上全面取代了IEC60747-6:2016版本，并将逐步被各国国家标准所采纳。三、标准主要内容与技术变化3.1标准范围与框架IEC60747-6:2025规定了晶闸管（包括反向阻断三极管晶闸管、双向三极管晶闸管、门极关断晶闸管及其派生器件）的术语定义、字母符号、基本额定值、特性参数和相应的测试方法。标准适用的器件类型包括：反向阻断三极管晶闸管（ReverseBlockingTriodeThyristor）、双向三极管晶闸管（BidirectionalTriodeThyristor，即Triac）、门极关断晶闸管（GateTurn-OffThyristor，GTO）、集成门极换流晶闸管（IntegratedGate-CommutatedThyristor，IGCT）以及光触发晶闸管（Light-TriggeredThyristor，LTT）。在整体框架结构方面，新版标准延续了IEC60747系列标准的编排逻辑，即以通用要求（第1部分）为顶层文件，本部分作为分立器件门类下的专项标准。标准正文包括范围、规范性引用文件、术语和定义、符号和缩略语、额定值和特性、测试方法、质量保证等章节，并在附录中提供了补充技术资料和应用指南。3.2术语体系的完善新版标准在术语和定义部分进行了系统性扩充与修订。针对近年来新出现的器件类型和技术概念，标准新增了多项术语定义，主要包括：“集成门极换流晶闸管”（IGCT）、“非对称晶闸管”（AsymmetricalThyristor）、“脉冲功率晶闸管”（PulsePowerThyristor）等。同时，对原有术语定义的表述进行了精炼和准确性修订，使之与IEC60747-1:2023《半导体器件-第1部分：总则》中的术语框架保持高度一致，消除了不同部分之间可能存在的术语冲突与歧义。3.3额定值与特性参数的更新在额定值规定方面，新版标准对各类型晶闸管的额定值体系进行了系统梳理。特别针对高压大电流应用场景，补充了以下关键参数的测试条件规定：-重复峰值关断电压（V_DRM,V_RRM）：明确了在海拔高于1000m条件下使用时的电压降额系数计算方法；-通态浪涌电流（I_TSM）：细化了对正弦半波浪涌电流的脉冲宽度范围和波形系数的规定；-临界通态电流上升率（di/dt）：增加了针对门极触发脉冲前沿陡度和幅值组合的测试条件要求；-临界关断电压上升率（dv/dt）：补充了对测试电路寄生参数的控制要求；-门极触发特性：扩展了门极触发电压、门极触发电流和门极关断电荷的温度特性测试要求。对于IGCT器件，标准新增了“最大可关断阳极电流”（I_TGQM）、“关断增益”（Turn-OffGain）等参数的定义与测试方法。对于光触发晶闸管，则补充了光触发功率阈值和光敏面照度均匀性的测试指导。3.4测试方法的改进与新增新版标准在测试方法方面进行了多项重要更新。在高温特性测试方面，鉴于高压大功率器件在高温环境下的热稳定性和测试安全性问题，标准引入了改进的结温标定方法，推荐采用基于门极-阴极电压温度特性的非破坏性结温测量技术，以替代传统的红外热成像法在晶闸管管壳封装中的应用限制。在关断特性测试方面，针对非对称晶闸管和GTO器件，标准修订了关断时间（t_q）和存储时间（t_s）的测试电路与判读准则，使之与器件实际应用工况更好地吻合。值得特别关注的是，新版标准首次将碳化硅晶闸管的部分特性测试方法纳入规范性附录。鉴于SiC器件的高临界电场强度和高热导率特性，标准推荐了适用于SiC晶闸管的高温阻断特性测试条件和开关特性测试电路参数。这一内容的纳入，为正在快速发展中的SiC晶闸管技术提供了国际通行的评价依据。3.5可靠性要求的强化在质量保证和可靠性方面，IEC60747-6:2025强化了对晶闸管器件环境适应性和长期可靠性的要求。标准推荐了一系列环境试验项目，包括高温反偏试验（HTRB）、高温栅偏试验（HTGB）、温度循环试验、功率循环试验、稳态湿热试验等，并对各类试验的试验条件、持续时间、样本数量和失效判据给出了更为明确的指导性规定。其中，针对高压大功率晶闸管的应用特点，标准特别强调了功率循环试验中壳温波动幅度（ΔT_c）的控制要求和循环次数的建议范围。四、标准实施意义与影响分析4.1对器件制造业的影响IEC60747-6:2025的发布实施对晶闸管器件的设计制造企业具有重要的指导意义。首先，标准中新纳入的IGCT和SiC晶闸管特性测试方法为企业的产品开发和型式试验提供了明确的技术依据，有助于缩短新产品的研发周期。其次，标准中对额定值体系和测试条件更为严格和细致的规定，要求企业在产品数据手册编制过程中更加注意参数条件的完整性和准确性披露，从而有利于减少供需双方因理解不一致而产生的产品争议。4.2对应用产业的影响对于高压直流输电、工业传动、电能质量治理等下游应用行业而言，新版标准提供了更为科学的器件选型和验证依据。特别是在新能源发电并网、储能系统等新兴应用领域，工程技术人员可依据新标准中的可靠性试验要求和参数判据，更有效地评估器件在复杂运行工况下的适用性。此外，新标准对器件参数的离散性控制提出了更高要求，这将促进高性能晶闸管器件在严苛应用场景中的可靠应用，降低电力电子装置的故障率和全寿命周期成本。4.3对国际贸易与合格评定的影响作为国际公认的基础性技术文件，IEC60747-6:2025在促进晶闸管器件国际贸易方面发挥着重要的协调作用。该标准将为各成员国制定国家或行业标准提供技术基准，同时也为国际采购中的技术谈判和产品验收提供统一的判定依据。在与IECQ（IEC电子元器件质量评定体系）等合格评定体系的衔接中，新标准的应用将有助于简化跨国认证程序，降低贸易壁垒，促进全球范围内功率半导体器件市场的健康发展。五、主要参与单位介绍IEC60747-6:2025标准的制修订工作凝聚了全球多个国家和专业技术组织的智慧与努力。在众多参与单位中，德国西门子股份公司（SiemensAG）旗下的西门子能源（SiemensEnergy）部门在本标准修订过程中发挥了突出的技术引领作用。西门子能源是全球领先的能源技术企业，在高压直流输电（HVDC）和电力电子领域拥有超过五十年的深厚技术积累。总部位于德国慕尼黑和柏林，西门子能源在全球90多个国家和地区开展业务，在功率半导体器件的应用技术和系统集成方面拥有丰富的工程实践经验。西门子能源是IECTC47的长期活跃成员单位，其功率半导体技术专家长期担任第2工作组的技术负责人和项目编辑（ProjectEditor），深度参与IEC60747系列标准的历次修订工作。在本版标准的修订过程中，西门子能源的技术团队主要贡献了以下关键内容：其一，基于其在特高压直流输电换流阀设计中的实际工程经验，牵头起草了大尺寸压接式晶闸管的高温阻断特性测试方法及热阻测量细则；其二，凭借其在柔性直流输电领域对IGCT器件的大量应用实践，提出了IGCT器件关断能力评估的新参数体系和测试判据建议；其三，西门子能源的先进技术研发部门还为碳化硅晶闸管的特性表征方法的制定提供了大量实验数据和测试验证支持，推动了宽禁带半导体器件标准条款的成功纳入。除西门子能源外，ABB瑞士半导体公司、日本三菱电机株式会社、东芝电子元件及存储装置株式会社、中国中车时代电气股份有限公司等全球主要功率半导体制造商和应用企业也深度参与了本标准的起草工作。中国电力科学研究院、株洲中车时代半导体有限公司等中国机构在标准讨论中积极贡献了基于特高压直流输电工程批量应用晶闸管的运行数据和测试经验，为提升标准的工程适用性发挥了重要作用。六、结论与展望IEC60747-6:2025《半导体器件-第6部分：分立器件-晶闸管》的发布是功率半导体器件国际标准化工作的一项重要成果。新版标准在全面继承前期版本合理技术内容的基础上，紧密追踪了晶闸管器件技术的最新发展动态，系统性地扩充了适用于新型器件的术语定义和参数体系，完善了高温、高可靠性等严苛应用场景下的测试方法，并前瞻性地纳入了碳化硅基晶闸管的相关技术内容。该标准必将对全球晶闸管器件的设计制造、测试评价和工程应用产生深远的规范与引领作用。面向未来，随着以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体技术的持续成熟和商业化推进，晶闸管器件将向更高电压等级、更高工作温度和更高开关频率的方向持续演进。此外，器件健康管理（PHM）和数字孪生等智能化技术在电力电子装置中的应用也对器件参数的动态监测和数据交互提出了新的标准化需求。因此，IECTC47及其各成员国将在持续跟踪技术发展趋势的基础上，适时启动下一轮标准的修订与扩充工作。参考文献[1]IEC60747-6:2025,Semiconductordevices-Part6:Discretede