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官方商城當(dāng)前的新能源車的模塊系統(tǒng)由很多部分組成，如電池、VCU、BSM、電機(jī)等，但是這些都是發(fā)展比較成熟的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)外的模塊廠商已經(jīng)開發(fā)了很多，但是有一個(gè)模塊需要引起行業(yè)內(nèi)的重視，那就是電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分，則是電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分最核心的元件IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管芯片）。
首先我們先來了解一下。它是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，它擁有的特性是：高輸入阻抗，可采用通用低成本的驅(qū)動(dòng)線路；高速開關(guān)特性；導(dǎo)通狀態(tài)低損耗。IGBT兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大；MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低，是一種適合于中、大功率應(yīng)用的電力電子器件。IGBT在綜合性能方面占有明顯優(yōu)勢(shì)，非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。
所以不難看出，IGBT對(duì)新能源汽車的價(jià)值所在就是在直流充電樁和電機(jī)系統(tǒng)的作用之大，它決定了電機(jī)的工作效率以及直流充電樁的傳輸效率。IGBT約占電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本的一半，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)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。
IGBT的應(yīng)用范圍很廣，不僅電機(jī)驅(qū)動(dòng)要用IGBT，新能源的發(fā)電機(jī)和空調(diào)部分一般也需要IGBT。所以一些主機(jī)廠把這一塊的開發(fā)牢牢控制在了自己的手上，比如豐田的混合動(dòng)力汽車便是如此。而豐田也成為了世界唯一能自主生產(chǎn)IGBT的廠家。
不僅是新能源車，直流充電樁和機(jī)車（高鐵）的核心也是IGBT管，直流充電樁30％的原材料成本就是IGBT。電力機(jī)車一般需要 500 個(gè) IGBT 模塊，動(dòng)車組需要超過 100 個(gè) IGBT 模塊，一節(jié)地鐵需要 50－80 個(gè) IGBT 模塊。
三菱電機(jī)的HVIGBT已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)的高速機(jī)車用IGBT由三菱完全壟斷，同時(shí)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(jī)的IGBT。
除了日系廠家，英飛凌包攬了幾乎所有電動(dòng)車的IGBT，而三菱電機(jī)則沉醉于中國(guó)高鐵的豐厚利潤(rùn)中無法自拔，在低于2500V市場(chǎng)幾乎一無所獲。
2016年全球電動(dòng)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(dòng)車?yán)锍姵赝庾畎嘿F的部件。
其中，混合動(dòng)力和PHEV大約77萬輛，每輛車需要大約300美元的IGBT，純電動(dòng)車大約123萬輛，平均每輛車使用540美元的IGBT，大功率的純電公交車用的IGBT可能超過1000美元。
和MOS相比，IGBT管在低于400伏的低壓領(lǐng)域完全無優(yōu)勢(shì)，無論開關(guān)頻率還是成本，MOS優(yōu)勢(shì)都非常明顯。400伏領(lǐng)域，安森美剛剛收購(gòu)的仙童半導(dǎo)體居于領(lǐng)導(dǎo)地位。
汽車主要是600V到1200V之間，英飛凌具有壓倒性優(yōu)勢(shì)，安森美雖然在600V－1200V領(lǐng)域也有市場(chǎng)，但主要是非車載領(lǐng)域。三菱和富士電機(jī)，則分享了日本市場(chǎng)。而豐田混動(dòng)所用的IGBT全部?jī)?nèi)部完成，不假手外人。
在電動(dòng)車上，可以把電機(jī)看成壓縮機(jī)。兩者原理幾乎完全一致。主要是通過脈沖寬度調(diào)制（PWM）的方式控制IGBT開關(guān)，將電流從DC轉(zhuǎn)換到AC（電池到電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)）或者從AC轉(zhuǎn)化到DC（電機(jī)到電池，剎車、下坡時(shí)能量回收）對(duì)于混合動(dòng)力，除驅(qū)動(dòng)電機(jī)外，另外還有一個(gè)發(fā)電機(jī)，可以由汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)其發(fā)電，然后通過IGBT模塊AC／DC轉(zhuǎn)換后向電池充電。在DM車型中，該發(fā)電機(jī)還可以充當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用。
IGBT最常見的形式其實(shí)是模塊（Module），而不是單管。模塊的3個(gè)基本特征：多個(gè)芯片以絕緣方式組裝到金屬基板上；空心塑殼封裝，與空氣的隔絕材料是高壓硅脂或者硅脂，以及其他可能的軟性絕緣材料；同一個(gè)制造商、同一技術(shù)系列的產(chǎn)品，IGBT模塊的技術(shù)特性與同等規(guī)格的IGBT 單管基本相同。
模塊的主要優(yōu)勢(shì)有以下幾個(gè)：多個(gè)IGBT芯片并聯(lián)，IGBT的電流規(guī)格更大。多個(gè)IGBT芯片按照特定的電路形式組合，如半橋、全橋等，可以減少外部電路連接的復(fù)雜性。多個(gè)IGBT芯片處于同一個(gè)金屬基板上，等于是在獨(dú)立的散熱器與IGBT芯片之間增加了一塊均熱板，工作更可靠。一個(gè)模塊內(nèi)的多個(gè)IGBT芯片經(jīng)過了模塊制造商的篩選，其參數(shù)一致性比市售分立元件要好。模塊中多個(gè)IGBT芯片之間的連接與多個(gè)分立形式的單管進(jìn)行外部連接相比，電路布局更好，引線電感更小。模塊的外部引線端子更適合高壓和大電流連接。同一制造商的同系列產(chǎn)品，模塊的最高電壓等級(jí)一般會(huì)比IGBT 單管高1－2個(gè)等級(jí)，如果單管產(chǎn)品的最高電壓規(guī)格為1700V，則模塊有2500V、3300V 乃至更高電壓規(guī)格的產(chǎn)品
晶圓上的一個(gè)最小全功能單元稱為Cell，晶圓分割后的最小單元，構(gòu)成IGBT 單管或者模塊的一個(gè)單元的芯片單元，合稱為IGBT的管芯。
一個(gè)IGBT管芯稱為模塊的一個(gè)單元，也稱為模塊單元、模塊的管芯。模塊單元與IGBT管芯的區(qū)別在最終產(chǎn)品，模塊單元沒有獨(dú)立的封裝，而管芯都有獨(dú)立的封裝，成為一個(gè)IGBT管。
最近還出了一種叫IPM的模塊，把門級(jí)驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路也封裝進(jìn)IGBT模塊內(nèi)部，結(jié)構(gòu)雖然很簡(jiǎn)單但是工作頻率不能太高。所以應(yīng)用的較少，姑且不談。
雖然單管的成本要遠(yuǎn)低于模塊，但是單管的可靠性遠(yuǎn)不及模塊。在電動(dòng)車領(lǐng)域，模塊已經(jīng)被大規(guī)模應(yīng)用，但有一些例外就是咱們中國(guó)特色主義的老年代步車還有特斯拉還是堅(jiān)持用單管。不由得感慨特斯拉對(duì)成本的重視程度遠(yuǎn)高于對(duì)人命的重視程度。
特斯拉Model X使用132個(gè)IGBT管，由英飛凌提供，其中后電機(jī)為96個(gè)，前電機(jī)為36個(gè)，每個(gè)單管的成本大約4－5美元，合計(jì)大約650美元。
如果改用模塊的話，估計(jì)需要12－16個(gè)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(dòng)車要大不少，加上設(shè)計(jì)開發(fā)周期短，不得不采用單管設(shè)計(jì)。
相比寶馬I3，采用英飛凌新型HybridPACK 2模塊設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊內(nèi)含6個(gè)單管型IGBT，750V／660A，電流超大，只需要兩個(gè)模塊即可，體積大大縮小，成本大約300美元。采用英飛凌的新型HybridPACK 2模塊設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊內(nèi)含6個(gè)單管型IGBT，750V／660A，電流超大，只需要兩個(gè)模塊即可，體積大大縮小
而IGBT工藝的關(guān)鍵在于散熱和背板工藝。IGBT的正面工藝和標(biāo)準(zhǔn)BCD的LDMOS沒區(qū)別，區(qū)別在背面，背面工藝有幾點(diǎn)，首先是減薄，大約需要減薄6－8毫米，減得太多容易碎片，減得太少?zèng)]有效果。接下來是離子注入，注入一層薄磷做緩沖層，第四代需要兩次注入磷，本來硅片就很薄了，兩次注入很容易碎片。然后是清洗，接下來金屬化，在背面蒸鍍一層鈦或銀，最后是Alloy，因?yàn)楣杵?，很容易翹曲或碎片。英飛凌特別擅長(zhǎng)這種技術(shù)，所以做出來的體積是同行難以逾越的目標(biāo)。
最后扯一下散熱，首先需要提高 IGBT模塊內(nèi)部的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能和耐受功率循環(huán)的能力， IGBT模塊內(nèi)部引線技術(shù)經(jīng)歷了粗鋁線鍵合、 鋁帶鍵合再到銅線鍵合的過程，提高了載流密度。第二點(diǎn)，新的焊接工藝，傳統(tǒng)焊料為錫鉛合金， 成本低廉、工藝簡(jiǎn)單， 但存在環(huán)境污染問題， 且車用功率模塊的芯片溫度已經(jīng)接近錫鉛焊料熔點(diǎn)（220℃）。所以一個(gè)小小的器件對(duì)新能源汽車的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，對(duì)我國(guó)的汽車制造業(yè)而言，還有很多路要走。
