1、IGBT定義

IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，絕緣柵雙極型晶體管

IGBT模塊是由IGBT（絕緣柵雙極型晶體管芯片）與FWD（續(xù)流二極管芯片）通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品

2、IGBT的用途

IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?，俗稱電力電子裝置的“CPU”，應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領(lǐng)域。

封裝后的IGBT模塊直接應(yīng)用于變頻器、UPS不間斷電源等設(shè)備上 

3、IGBT模塊的特點

IGBT模塊具有節(jié)能、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定等特點

當(dāng)前市場上銷售的多為此類模塊化產(chǎn)品，一般所說的IGBT也指IGBT模塊

4、用最簡單的語言概括IGBT的功能和作用

控制能源的變換和傳輸

5、為什么電動汽車需要IGBT？

IGBT的作用是交流電和直流電的轉(zhuǎn)換，同時IGBT還承擔(dān)電壓的高低轉(zhuǎn)換的功能。

外界充電的時候是交流電，需要通過IGBT轉(zhuǎn)變成直流電然后給電池，同時要把220V電壓轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾妷阂陨喜拍芙o電池組充電。

電池放電的時候，把通過IGBT把直流電轉(zhuǎn)變成交流電機使用的交流電，同時起到對交流電機的變頻控制，當(dāng)然變壓是必不可少的。

IGBT是功率半導(dǎo)體器件，可以說是電動車的的核心技術(shù)之一,IGBT的好壞直接影響電動車功率的釋放速度。

6、IGBT的工作原理

以空調(diào)壓縮機為例：國內(nèi)規(guī)定的電壓220V，頻率50Hz的電流經(jīng)整流濾波后得到310V左右的直流電，此直流電經(jīng)過逆變后，就可以得到用以控制壓縮機運轉(zhuǎn)的變頻電源，這就能將50赫茲的電網(wǎng)頻率轉(zhuǎn)變?yōu)?0-130赫茲，利用電源頻率可以控制平滑控制壓縮機轉(zhuǎn)速，達到自動無級變速，使壓縮機始終處于最佳工作狀態(tài)。

在電動車上，可以把電機看成壓縮機。兩者原理幾乎完全一致。

7、IGBT在現(xiàn)代交通系統(tǒng)中的重要性

直流充電樁30%的原材料成本是IGBT

電力機車一般需要500個IGBT模塊

動車組需要超過100個IGBT模塊

一節(jié)地鐵需要50-80個IGBT模塊

8、IGBT成本的重要性

IGBT約占電機驅(qū)動系統(tǒng)成本的一半，而電機驅(qū)動系統(tǒng)占整車成本的15-20%，也就是說IGBT占整車成本的7-10%，是除電池之外成本第二高的元件，也決定了整車的能源效率。

2016年全球電動車銷量大約200萬輛，共消耗了大約9億美元的IGBT管，平均每輛車大約450美元，是電動車里除電池外最昂貴的部件。

9、豐田是世界上唯一能自產(chǎn)IGBT的車廠

也正因為IGBT太重要，豐田在開發(fā)混合動力車時就認定IGBT管要完全控制在手中，豐田也是全球唯一能夠自產(chǎn)IGBT管的汽車廠家（自產(chǎn)，而不是買別人的晶圓再做封裝），普銳斯也因此獲得強大的生命力，也是目前全球唯一的強混合動力車。

10、中國高鐵IGBT市場已基本被日本三菱壟斷

三菱電機生產(chǎn)的IGBT已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)默認的標準，中國的高速機車用IGBT由三菱完全壟斷，同時歐洲的阿爾斯通、西門子、龐巴迪也是一半以上采用三菱電機的IGBT

11、英飛凌則包攬了幾乎所有電動汽車的IGBT

除了日系廠家，英飛凌包攬了幾乎所有電動車的IGBT，而三菱電機則沉醉于中國高鐵的豐厚利潤中無法自拔，在低于2500V市場幾乎一無所獲。

12、特斯拉用IGBT的成本情況

特斯拉ModelX使用132個IGBT管，由英飛凌提供，其中后電機為96個，前電機為36個，每個單管的價格大約4-5美元，合計大約650美元。

如果改用模塊的話，估計需要12-16個模塊，成本大約1200-1600美元。

特斯拉使用單管的原因主要是成本，尤其是其功率比一般的電動車要大不少，加上設(shè)計開發(fā)周期短，不得不采用單管設(shè)計。

13、中國制造IGBT的現(xiàn)狀

IGBT目前已經(jīng)發(fā)展到7.5代，第7代由三菱電機在2012年推出，三菱電機目前的水平可以看作7.5代，同時IGBT的下一代SiC技術(shù)已經(jīng)在日本全面普及，無論三菱這樣的大廠還是Fuji、Rohm這樣的小廠都有能力輕松制造出SiC元件，我國目前停留在第三代水平上，差距在20年以上。

自第六代以后，IGBT自身的潛力已經(jīng)挖掘的差不多了，大家都把精力轉(zhuǎn)移到IGBT的封裝上，也就是散熱。

車用IGBT的散熱效率要求比工業(yè)級要高得多，同時還要考慮強振動條件，汽車級的IGBT遠在工業(yè)級之上。

散熱的關(guān)鍵是材料，而材料科學(xué)是一個國家基礎(chǔ)科學(xué)的體現(xiàn)，中國在這方面非常落后，日本則遙遙領(lǐng)先，不僅在德國之上，還在美國之上。

14、國產(chǎn)IGBT也在起步

2015年10月，深圳比亞迪微電子有限公司與上海先進半導(dǎo)體制造股份有限公司簽訂建立戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟合作協(xié)議，共同打造IGBT國產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈。

目前比亞迪已整合IGBT產(chǎn)業(yè)鏈，包括芯片設(shè)計、晶圓制造、測試、封裝等。

2015年12月，北汽集團旗下的北汽新能源公司與中國中車旗下的時代電氣在株洲簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，開啟新能源汽車領(lǐng)域的合作。

【小結(jié)】

中國高鐵在全世界享有盛譽，我們也因之自豪；

中國電動汽車也已經(jīng)是世界最大的市場，方興未艾；

但追索到核心技術(shù)，仍是缺失的，不是我們研發(fā)不出來，而是需要時間和積累；

這個情形跟C919大飛機一樣，我們自己做的總體設(shè)計和規(guī)劃，但是并不妨礙我們?nèi)虿少徚悴考òl(fā)動機；

但只要假以時間，相信憑借中國人的聰明勤勞和智慧，掌握這些技術(shù)指日可待。