IGBT在新能源汽車行業的應用及發展

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2022-12-23 13:40:44 987

IGBT是一種大功率電力電子器件，具備高頻率、高電壓、大電流等特征，易于開通和關斷，主要起到將直流電源逆變為交流電壓的作用；以新能源汽車為例，新能源汽車中升壓器（電控用）、逆變器（空調和電池熱管理）和充電樁都需要IGBT。

IGBT，可以說是新能源汽車電控系統的核心組成部分如果將發動機比作燃油車的“心臟”那么IGBT就是新能源車的“心臟”作為“心臟”它能直接控制全車的交直流轉換、功率調控等核心指標簡單來說，IGBT就像一道橋梁將新能源車上的能源聯系在一起。

新能源車的能源要么是純電，要么是混合動力能源無論哪一種電，都是“不易駕馭”的能量這時，IGBT就要發揮作用了；它就好比一個開關將電流分為“開”和“關”兩種狀態分別對應著數字*里的“1”和“0”那么新能源車系統就可以通過處理這兩個數字來控制電的使用；當汽車的電能從電池出發一路小跑，來到電控系統報到電控系統中的IGBT就立即根據駕駛者的需要開始思考是開閘放電，還是關閘休息。

IGBT從1980年代商業化開始，逐步取代了BJT和MOSFET，目前其應用領域開始向消費電子行業滲透，并逐步拓展到電壓超過650V的高功率場景，比如家電行業、新能源汽車領域、軌道交通等。由于下游應用端增長*，因此IGBT也被稱為功率器件中的朝陽行業。

按照IGBT模塊工作時的電壓，它的應用領域大致分為五類：

650V——應用于新能源汽車、家電和工業變頻；

1200V——應用于光伏、電磁爐、電焊機、新能源汽車行業；

1700V——應用于太陽能，風電等領域；

3300V——應用于動車、高鐵、*電網等領域；

6500V——高鐵、工業電機、動車、智能電網等領域；

目前，IGBT已經能夠覆蓋從600V~6500V的電壓范圍，廣泛應用于光伏/風電設備、新能源汽車、家電、儲能、軌道交通、電網、航空航天等領域。IGBT憑借其高工作頻率、高電流性能、開關損耗小等優點在龐大的功率器件*中贏得了自己的一片領域。

在新能源汽車領域

IGBT約占電機驅動系統成本的一半，而電機驅動系統占整車成本的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。此外直流充電樁的核心也是IGBT管，直流充電樁30%的原材料成本就是IGBT。作為一種功率半導體，IGBT應用非常廣泛，小到家電、大到飛機、艦船、交通、電網等戰略性產業。此外，IGBT還是*“02專項”的重點扶持項目，已經*取代了傳統的Power MOSFET，被稱為電力電子行業里的“CPU”。

在電動汽車的“三電”方面，Model S使用的三相異步驅動電機，其中每一相的驅動控制需要使用28顆塑封的IGBT芯片，三相共需要使用84顆IGBT芯片。算算總量，就可知需求的龐大。此外，充電樁的核心部件也要用到IGBT芯片。

臺灣茂矽電子降低晶圓導通電阻，通過六寸晶圓降低IGBT製造成本并得到較高的良率，并改善電動車關鍵零組件多得向英飛凌（Infineon）、意法半導體（ST）等國外大廠購買的情形。

目前市面上出現的晶圓直徑主要是150mm、200mm、300mm，分別對應6英寸、8英寸、12英寸的晶圓；國產芯片在晶圓的產能上，也就是在6寸上有優勢；

全球10大8”晶圓廠約有40座,其中33座在亞洲(臺灣15座,中國8座)在2019-2021產能僅擴廠5%,仍不足以滿足后續電動車與工業控制市場,導致IGBT持續*。

由工采網代理的臺灣茂矽電子推出的IGBT晶圓 - P81MV022NL0013P是一款1200V、40A、FS工藝的6寸IGBT晶圓片；1200V壕溝和現場停止技術；低開關損耗；正溫度系數；簡單的平行技術。

茂矽電子成立于1987年，晶圓制造長期聚焦在功率半導體元件及電源管理IC領域，以MOS管、IGBT，模擬芯片、二極管等產品為主，打破國外壟斷現象。

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