IGBT的应用-电子封装

网址 地址 陕西省西安市经济技术开发区草滩十路 1787 号 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 网址 地址 陕西省西安市经济技术开发区草滩十路 1787 号 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 网址 地址 陕西省西安市经济技术开发区草滩十路 1787 号 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 网址 地址 陕西省西安市经济技术开发区草滩十路 1787 号 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 网址 地址 陕西省西安市经济技术开发区草滩十路 1787 号 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 网址 地址 陕西省西安市经济技术开发区草滩十路 1787 号 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 7 5 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 7 5 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 网址 地址 陕西省西安市经济技术开发区草滩十路 1787 号 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 陕西图灵电子科技有限公司是一家集电子封装材料 新型焊接材料的研发 生产 销售 咨询及技术服务于一体的综合性科技公司 图灵拥