2019年01月22日 | 三电再好，脑子不好使也不行？新能源车的“最强大脑”IGBT是个啥

2019-01-22 来源：嘿电

说到新能源纯电动车型，可能专业技术控第一个想到的就是电池、电机、电控为首的三电系统。每每新车上市，车企们也都会通过介绍三电系统来展示自己产品的优越性。而除了三电系统，还有一个部件往往会被人所忽略，它被称为新能源电动车的“大脑”它的好坏将直接影响整车性能，它就是IGBT芯片。

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)学名叫绝缘栅双极型晶体管，它是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品。是影响电动车性能的关键技术，是新能源车的“最强大脑”，其成本约占整车成本的5%。

IGBT的作用是交流电和直流电的转换，同时IGBT还承担电压的高低转换的功能。

外界充电的时候，输出的是交流电，需要通过IGBT转变成直流电，同时要把220V电压转换成适当的电压值才能给电池组充电，在此过程中可能会伴随着能量的损耗。

正常行驶（放电过程）的时候，把通过IGBT的直流电转变成交流电机可以使用的交流电，同时起到对交流电机的变频控制，转换后在输出给电动机进行下一步工作。

IGBT是功率半导体器件，可以说是电动车的核心技术之一，IGBT的好坏直接影响电动车功率的释放速度。

遗憾的是在中国想要购买IGBT是比较难的一件事，除了比亚迪和其他拥有芯片设计能力的小型企业外，其他基本已被国外垄断。三菱电机生产的IGBT已经成为业内默认的标准，同时欧洲的阿尔斯通、西门子、庞巴迪也是一半以上采用三菱电机的IGBT。除了日系厂家，英飞凌也包揽了几乎所有电动车的IGBT芯片。

IGBT因技术难、投资大，与动力电池一样，被业内称为新能源汽车核心技术的“珠穆拉玛峰”，长期以来制约了新能源汽车的大规模商业化。总结来说，IGBT芯片的难点共有两个方面：　

IGBT需要极其严格的工艺指标

IGBT芯片仅有人的指甲大小，但却要在其上蚀刻十几万乃至几十万的微观结构电路，它虽然是一个开关器件，但涉及到的参数多达十几个，很多参数之间是相互矛盾，需要根据应用折中考虑。并且晶圆制造工艺难度很大，最主要体现在薄片加工处理上。采用最新的1200V FS技术的IGBT，需要将晶圆减薄到120μm（约两根头发丝直径）的厚度，再进行10余道工序加工。此外晶圆制造的厂房洁净度要求非常高，需要一级净化。一个零点几微米的微尘掉落在晶圆上，就会造成一颗IGBT芯片失效。

要想实现IGBT的量产并非朝夕之功

由于IGBT拥有极其高要求的制造工艺，所以需要长时间的大量论证和试验，并且这种核心技术无法从海外购得，只能通过长时间自主研发才可以实现。所以需要企业拥有长远眼光，尽早布局。

比亚迪能成为国内首家IGBT量产的企业，得益于它在此领域的较早布局。早在2005年，比亚迪便组建IGBT研发团队，正式进军IGBT领域。2008年10月，比亚迪收购宁波中纬半导体晶圆厂，为将来的量产做好了准备。2009年9月，比亚迪IGBT芯片通过了中国电器工业协会电力电子分会组织的科技成果鉴定，打破了国际巨头的技术垄断。目前，比亚迪是中国唯一一家拥有完整IGBT产业链的车企。

比亚迪此次推出的IGBT4.0，其性能远远高于自家此前使用的IGBT2.5，同时在一些关键指标上也超越了目前市场上使用的主流产品。

1.电流输出能力较当前市场主流的IGBT高15%，支持整车具有更强的加速能力和更大的功率输出能力。

2.同等工况下，综合损耗较当前市场主流的IGBT降低了约20%。这意味着电流通过IGBT器件时，受到的损耗降低，使得整车电耗显著降低。

IGBT虽然有许多优势，但是随着新能源车性能的不断提升，对功率半导体组件也提出了更高的要求，当下的IGBT也将逼近硅材料的性能极限。寻求更低芯片损耗、更强电流输出能力、更耐高温的全新半导体材料，已成为学界和业界的普遍共识。

凭借更加优异的性能，SiC基半导体取代硅基半导体将是大势所趋，其体积功率密度可以做到每升100千瓦，比现在要减少大概70%-80%。目前特斯拉已经在其最新款的Model 3中使用了这一材料。预计未来几年硅基IGBT将在汽车领域逐步被淘汰。

IGBT在纯电动汽车中起着至关重要的作用，它的好坏直接影响着新能源车的整车性能。而面对之前垄断的IGBT技术，比亚迪通过十多年的专心研发，终于打破了这个怪圈，为中国汽车工业实现弯道超车提供了强大的中国芯。而随着科技的不断进步，碳化硅慢慢进入了车企的视野，相信在不久的将来，IGBT会逐渐被性能更加优异的碳化硅所取代，新能源纯电动车型的性能将走上新的台阶。

IGBT 纯电动汽车芯片

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