447
谈及新能源汽车，大家也许会想到电池或者雷达等，但今天，我们换个方向。与大家讨论一下 IGBT，它是电机驱动部分最核心的元件，也是电力电子里面最重要的一个元件，没有它就没有便捷的高铁生活。
要说 IGBT，就不得不说一个人，这个人就是 B•贾扬•巴利加（B. Jayant Baliga）——曾经的 IEEE 荣誉勋章获得者。在 20 世纪 70 年代后期的美国，经济仍然受到多年超高油价的影响，当时正在为通用电气公司开发半导体功率器件的巴利加为了让机器降低功率，发明了绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。现如今，此项发明被广泛应用于家用电器、工业机器人、荧光灯、汽车、火车、电视、光伏设备——任何需要随时快速开关高压电的地方。
B. Jayant Baliga
那么我们再来看一下 IGBT 的定义：
所谓 IGBT(绝缘栅双极型晶体管），是由 BJT(双极结型晶体三极管) 和 MOS(绝缘栅型场效应管) 组成的复合全控型 - 电压驱动式 - 功率半导体器件,其具有自关断的特征。
简单讲，是一个非通即断的开关，IGBT 没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。IGBT 融合了 BJT 和 MOSFET 的两种器件的优点，如驱动功率小和饱和压降低等。
IGBT 的主要应用领域
作为新型功率半导体器件的主流器件，IGBT 已广泛应用于工业、 4C(通信、计算机、消费电子、汽车电子)、航空航天、国防军工等传统产业领域，以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。
1）新能源汽车
IGBT 模块在电动汽车中发挥着至关重要的作用，是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件。IGBT 模块占电动汽车成本将近 10%，占充电桩成本约 20%。IGBT 主要应用于电动汽车领域中以下几个方面：
A）电动控制系统 大功率直流 / 交流(DC/AC)逆变后驱动汽车电机；
B）车载空调控制系统 小功率直流 / 交流(DC/AC)逆变，使用电流较小的 IGBT 和 FRD；
C）充电桩 智能充电桩中 IGBT 模块被作为开关元件使用；
2）智能电网
IGBT 广泛应用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端：
从发电端来看，风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需要使用 IGBT 模块。
从输电端来看，特高压直流输电中 FACTS 柔性输电技术需要大量使用 IGBT 等功率器件。
从变电端来看，IGBT 是电力电子变压器（PET）的关键器件。
从用电端来看，家用白电、 微波炉、 LED 照明驱动等都对 IGBT 有大量的需求。
3）轨道交通
IGBT 器件已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种辅助变流器的主流电力电子器件。交流传动技术是现代轨道交通的核心技术之一，在交流传动系统中牵引变流器是关键部件，而 IGBT 又是牵引变流器最核心的器件之一。
下面我们就重点说一下 IGBT 在新能源汽车领域的应用。
随着节能减碳意识不断增强，短期内行业推行油电混合车(Hybrid Electric Vehicle；HEV)以降低排碳量，但长期而言仍倾向全面导入电动车(Electric Vehicle；EV)，以确保生活环境的洁净。采用 IGBT 进行功率变换，能够提高用电效率和质量，同时具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。
因为新能源汽车主要靠电驱动，电分为高压电、低压电。IGBT 的好坏直接影响电动车功率的释放速度。简单解释，IGBT 是实现将高压转换成低压、低压转换成高压的必不可少的器件。用专业术语解释，新能源汽车需要将低压电转换成高压电，逆变器是实现这一目标的关键器件。IGBT 单元是逆变器和驱动电路的核心，相当于核心中的核心。
从成本上看，新能源电动车成本结构中最大者为电池，占比约 40~50%，其次为电机驱动系统，约占全车成本 15%至 20%，其中，IGBT 占驱动系统一半左右，即 IGBT 占电动车约 8%至 10%成本，成电动车降价第二关键零组件，以特斯拉 ModelX 为例，其使用了英飞凌提供的 132 个 IGBT 管，所花费用大约在 650 美元。
国内新能源汽车用 IGBT 发展现状
虽然长期来看，IGBT 是一个值得期待的市场，可目前，我国车用 IGBT 技术才刚刚起步，芯片和模块在国内尚未完全形成产业布局。为此，我国新能源汽车用 IGBT 产品 98%以上采用国外进口。事实上，面对如此大的市场需求，我国也在 IGBT 技术方面取得了一定突破。
我们知道，IGBT 系统技术分为 IGBT 芯片技术、模块封装技术及应用测试技术三大部分，要属 IGBT 芯片技术最为关键。株洲时代电气作为目前国内最大的 IGBT 生产商，现已建成全球第二条、国内首条 8 英寸 IGBT 芯片专业生产线，具备年产 12 万片芯片、并配套形成年产 100 万只 IGBT 模块的自动化封装测试能力，芯片与模块电压范围实现从 650V 到 6500V 的全覆盖。
IGBT 模块技术方面，封装 IGBT 模块所用芯片大多由英飞凌、ABB 等国外公司提供，只有极少量的芯片由国内生产。早在 2008 年，比亚迪便在宁波成立半导体公司，所研发的 IGBT 芯片广泛应用于各款电动汽车上，打破了国外高端 IGBT 技术封锁，突破 IGBT 圆管设计、模块散热、封装和制造等关键技术，实现了汽车 IGBT 功率模块的产业化，打破了日本三菱和英飞凌的市场垄断。
比亚迪车用 IGBT 模块荣获全球电子技术领域的“2018 年度中国 IC 设计公司成就奖之年度最佳功率器件”的称号，这是中国 IC 产业最高的荣誉，如今搭载 IGBT“中国芯”的纯电动汽车已在全球范围内大规模应用。
同时，IGBT 国产化产业链也正在形成。比亚迪则与国家电网、上海先进半导体牵手，共同打造 IGBT 国产化产业链。2015 年 8 月，上海先进半导体正式进入比亚迪新能源汽车用 IGBT 的供应链；而西安永电电气的 6500V/600A IGBT 功率模块已成功下线，为全球第四个、国内第一个能够封装 6500V 以上电压等级 IGBT 的厂家。
截止目前比亚迪已整合 IGBT 产业链，包括芯片设计、晶圆制造、测试、封装等。
2015 年 12 月，北汽集团旗下的北汽新能源公司与中国中车旗下的时代电气在株洲签署战略合作协议，开启新能源汽车领域的合作。
我国主要 IGBT 厂商
1 株洲中车时代电气
株洲中车时代电气股份有限公司是中国中车旗下股份制企业，2006 年，时代电气在香港联交所上市。2014 年，营业收入首次跨越百亿。拥有国内首条、全球第二条 8 吋 IGBT 芯片及模块生产线，并且已掌握 IGBT 的专业研发制造技术，具备年产 12 万片芯片、并配套形成年产 100 万只 IGBT 模块的自动化封装测试能力，芯片与模块电压范围实现从 650V 到 6500V 的全覆盖，打破了国外公司在高端功率半导体芯片技术的垄断。2017 年研制的 3600A/4500V 压接型 IGBT 模块，是目前市场可见产品中容量最大，且具备双面散热、长期稳定失效短路能力的器件，打破了国外大功率压接型 IGBT 的技术和市场垄断。
类型：IDM
主要产品及服务：1200V-6500V 高压模块，国内唯一自主掌握了高铁动力 IGBT 芯片及模块技术的企业
2 深圳比亚迪
深圳比亚迪微电子有限公司是比亚迪集团旗下的独立子公司，自 2003 年开始致力于集成电路及功率器件的开发，并提供产品应用的整套解决方案。2008 年比亚迪集团斥资 2.7 亿元人民币收购宁波中纬晶圆代工厂，进一步完善了半导体产业的自主开发生产地位。 与国家电网、上海先进半导体牵手，共同打造 IGBT 国产化产业链，正式进入比亚迪新能源汽车用 IGBT 的供应链。
类型：IDM、模组
主要产品及服务：工业级 IGBT 模块、汽车级 IGBT 模块、600VIGBT 单管、IGBT 驱动芯片等
3 杭州士兰微
杭州士兰微电子股份有限公司具备芯片设计、制造、封装等全产业链生产能力。芯片制造现有 5 英寸和 6 英寸产线各一条，这两条芯片生产线建于 2001 年和 2005 年，产出目前达到每月 21 万片。在 6 英寸及以下产线的产能上，排名全球第五位。17 年建立一条 8 英寸生产线，8 月份已经投产 6500 片左右，计划在 18 年年底建成 3-4 万片的产能。
类型：IDM
主要产品及服务：300-600V 穿通型 IGBT 工艺，1200V 非穿通型槽栅 IGBT 工艺，面向电焊机、变频器、光伏逆变器、电机逆变器、UPS 电源、家电、消费电子
4 吉林华微
吉林华微电子股份有限公司是集功率半导体器件设计研发、芯片加工、封装测试及产品营销为一体的国家级高新技术企业，中国半导体功率器件五强企业。
类型：IDM
主要产品及服务：拥有 3 英寸、4 英寸、5 英寸与 6 英寸等多条功率半导体分立器件及 IC 芯片生产线，芯片加工能力为每年 300 余万片，封装能力为 30 亿只 / 年。
5 重庆中航微电子
中航（重庆）微电子有限公司是一家集半导体芯片设计、制造与服务为一体的公司。拥有一座月产 4 万片 8 英寸硅片的芯片制造工厂，工艺制程能力最小生产线宽达到 0.15 微米；在上海设有研发中心；在重庆、上海和深圳设有销售中心，在西南、华北、华东及华南形成覆盖全国的销售网络。
类型：IDM
主要产品及服务：1200V/20-50AIGBT 功率模块
6 天津中环股份
天津中环半导体股份有限公司在深交所上市，股票代码 002129。公司致力于半导体节能产业和新能源产业，是一家集科研、生产、经营、创投于一体的国有控股高新技术企业。
类型：IDM
主要产品及服务：用于消费电子 IGBT 已经量产，高电压 IGBT 还在研发，节能型功率器件可用于充电桩
7 西安永电
西安中车永电电气有限公司是中车永济电机有限公司全资控股的专门从事电力电子产品的研发、生产、销售、服务的高技术企业。公司主要产品有：IGBT 模块、IPM 模块、整流管、晶闸管、组合元件等电力半导体器件；变流器、功率模块、城轨地面整流装置、地铁单向导通装置、充电机等装置。产品主要应用于高速铁路、风力发电、冶金工业、城市轨道交通、太阳能光伏发电等领域。
类型：模块
主要产品及服务：1200V-6500V/75A-2400A 高压模块，主要面向轨道交通、智能电网等高压领域
8 西安爱帕克
西安爱帕克电力电子有限公司成立于 1995 年 12 月，是由具有 50 多年悠久历史的世界上著名的专业功率半导体公司“美国国际整流器公司(IR)”与中国电力电子行业的先驱和开拓者“西安电力电子技术研究所(PERI)”共同投资兴建的专业封装大功率半导体模块的中美合资企业，是中国第一个专门研发和生产 IGBT 模块的合资公司。
类型：模块
主要产品及服务：600V-1200V/50A-400A 模块
9 威海新佳
威海新佳电子有限公司成立于 2004 年，注册资本 2000 万元，总部位于山东省威海市，是专业从事新型电力电子器件及其应用整机产品设计、研发、生产、销售的国家高新技术企业。公司拥有多项专利技术和独立的知识产权，具有较强的设计、研发和生产能力。
类型：模块
主要产品及服务：1200V/50A-300A 模块，应用于 AC 和 DC 电机控制、变频器、UPS 等领域
10 江苏宏微
江苏宏微科技股份有限公司是由一批长期在国内外从事电力电子产品研发和生产，具有多种专项技术的科技专家组建的国家重点高新技术企业。是国家高技术产业化示范工程基地，国家 IGBT 和 FRED 标准起草单位；拥有江苏省企业院士工作站，江苏省博士后创新基地，江苏省新型高频电力半导体器件工程技术研究中心等。
类型：模块
主要产品及服务：600V-1200V/15A-60A 单管、600-1700/15-800A 模块，应用于特种电源、电焊机、UPS、逆变器、变频器等领域。
与非网原创内容，未经许可，不得转载！
下载ECAD模型
