IGBT的应用电子封装

I G B T的应用电子封装 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
一文读懂IGBT在新能源电动汽车中的应用
1、 IGBT 定义
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管
IGBT模块是由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
2、 IGBT的用途
IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，应用于直流电压为600V及以上的变流系统如轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域。

封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上
3、 IGBT模块的特点
IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点
当前市场上销售的多为此类模块化产品，一般所说的IGBT也指IGBT模块
4、用最简单的语言概括IGBT的功能和作用
控制能源的变换和传输
5、为什么电动汽车需要IGBT
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。

外界充电的时候是交流电，需要通过IGBT转变成直流电然后给电池，同时要把220V电压转换成适当的电压以上才能给电池组充电。

电池放电的时候，把通过IGBT把直流电转变成交流电机使用的交流电，同时起到对交流电机的变频控制，当然变压是必不可少的。

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

6、 IGBT的工作原理
以空调压缩机为例：国内规定的电压220V，频率50Hz的电流经整流滤波后得到310V左右的直流电，此直流电经过逆变后，就可以得到用以控制压缩机运转的变频电源，这就能将50赫兹的电网频率转变为30-130赫兹，利用电源频率可以控制平滑控制压缩机转速，达到自动无级变速，使压缩机始终处于最佳工作状态。

在电动车上，可以把电机看成压缩机。

两者原理几乎完全一致。

7、 IGBT在现代交通系统中的重要性
直流充电桩30%的原材料成本是IGBT
电力机车一般需要 500 个 IGBT 模块
动车组需要超过 100 个 IGBT 模块
一节地铁需要 50-80 个 IGBT 模块
8、 IGBT成本的重要性
IGBT约占电机驱动系统成本的一半，而电机驱动系统占整车成本的15-20%，也就是说IGBT占整车成本的7-10%，是除电池之外成本第二高的元件，也决定了整车的能源效率。

2016年全球电动车销量大约200万辆，共消耗了大约9亿美元的IGBT 管，平均每辆车大约450美元，是电动车里除电池外最昂贵的部件。

9、丰田是世界上唯一能自产IGBT的车厂
也正因为IGBT太重要，丰田在开发混合动力车时就认定IGBT管要完全控制在手中，丰田也是全球唯一能够自产IGBT管的汽车厂家（自产，而不是买别人的晶圆再做封装），普锐斯也因此获得强大的生命力，也是目前全球唯一的强混合动力车。

10、中国高铁 IGBT市场已基本被日本三菱垄断
三菱电机生产的IGBT已经成为业内默认的标准，中国的高速机车用IGBT 由三菱完全垄断，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
11、英飞凌则包揽了几乎所有电动汽车的IGBT
除了日系厂家，英飞凌包揽了几乎所有电动车的IGBT，而三菱电机则沉醉于中国高铁的丰厚利润中无法自拔，在低于2500V市场几乎一无所获。

12、特斯拉用IGBT的成本情况
特斯拉Model X使用132个IGBT管，由英飞凌提供，其中后电机为96个，前电机为36个，每个单管的价格大约4-5美元，合计大约650美元。

如果改用模块的话，估计需要12-16个模块，成本大约1200-1600美元。

特斯拉使用单管的原因主要是成本，尤其是其功率比一般的电动车要大不少，加上设计开发周期短，不得不采用单管设计。

13、中国制造IGBT的现状
IGBT目前已经发展到代，第7代由三菱电机在2012年推出，三菱电机目前的水平可以看作代，同时IGBT的下一代SiC技术已经在日本全面普及，无论三菱这样的大厂还是Fuji、Rohm这样的小厂都有能力轻松制造出SiC元件，我国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自身的潜力已经挖掘的差不多了，大家都把精力转移到IGBT的封装上，也就是散热。

车用IGBT的散热效率要求比工业级要高得多，同时还要考虑强振动条件，汽车级的IGBT远在工业级之上。

散热的关键是材料，而材料科学是一个国家基础科学的体现，中国在这方面非常落后，日本则遥遥领先，不仅在德国之上，还在美国之上。

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