当前的新能源车的模块系统由很多部分组成，如电池、VCU、BSM、电机等，但是这些都是发展比较成熟的产品，国内外的?？槌桃丫⒘撕芏?，但是有一个?？樾枰鹦幸的诘闹厥?，那就是电机驱动部分，则是电机驱动部分最核心的元件IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管芯片）。

首先我们先来了解一下。它是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，它拥有的特性是：高输入阻抗，可采用通用低成本的驱动线路；高速开关特性；导通状态低损耗。IGBT兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点：驱动功率小而饱和压降低，是一种适合于中、大功率应用的电力电子器件。IGBT在综合性能方面占有明显优势，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

所以不难看出，IGBT对新能源汽车的价值所在就是在直流充电桩和电机系统的作用之大，它决定了电机的工作效率以及直流充电桩的传输效率。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。

IGBT的应用范围很广，不仅电机驱动要用IGBT，新能源的发电机和空调部分一般也需要IGBT。所以一些主机厂把这一块的开发牢牢控制在了自己的手上，比如丰田的混合动力汽车便是如此。而丰田也成为了世界唯一能自主生产IGBT的厂家。

不仅是新能源车，直流充电桩和机车（高铁）的核心也是IGBT管，直流充电桩30％的原材料成本就是IGBT。电力机车一般需要 500 个 IGBT ?？?，动车组需要超过 100 个 IGBT ?？椋唤诘靥枰?50－80 个 IGBT ?？?。

三菱电机的HVIGBT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。

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。

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。

其中，混合动力和PHEV大约77万辆，每辆车需要大约300美元的IGBT，纯电动车大约123万辆，平均每辆车使用540美元的IGBT，大功率的纯电公交车用的IGBT可能超过1000美元。

和MOS相比，IGBT管在低于400伏的低压领域完全无优势，无论开关频率还是成本，MOS优势都非常明显。400伏领域，安森美刚刚收购的仙童半导体居于领导地位。

汽车主要是600V到1200V之间，英飞凌具有压倒性优势，安森美虽然在600V－1200V领域也有市场，但主要是非车载领域。三菱和富士电机，则分享了日本市场。而丰田混动所用的IGBT全部内部完成，不假手外人。

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。主要是通过脉冲宽度调制（PWM）的方式控制IGBT开关，将电流从DC转换到AC（电池到电机，驱动电机）或者从AC转化到DC（电机到电池，刹车、下坡时能量回收）对于混合动力，除驱动电机外，另外还有一个发电机，可以由汽车的发动机带动其发电，然后通过IGBT?？锳C／DC转换后向电池充电。在DM车型中，该发电机还可以充当驱动电机的作用。

IGBT最常见的形式其实是?？椋∕odule），而不是单管。?？榈?个基本特征：多个芯片以绝缘方式组装到金属基板上；空心塑壳封装，与空气的隔绝材料是高压硅脂或者硅脂，以及其他可能的软性绝缘材料；同一个制造商、同一技术系列的产品，IGBT?？榈募际跆匦杂胪裙娓竦腎GBT 单管基本相同。

?？榈闹饕攀朴幸韵录父觯憾喔鯥GBT芯片并联，IGBT的电流规格更大。多个IGBT芯片按照特定的电路形式组合，如半桥、全桥等，可以减少外部电路连接的复杂性。多个IGBT芯片处于同一个金属基板上，等于是在独立的散热器与IGBT芯片之间增加了一块均热板，工作更可靠。一个?？槟诘亩喔鯥GBT芯片经过了模块制造商的筛选，其参数一致性比市售分立元件要好。?？橹卸喔鯥GBT芯片之间的连接与多个分立形式的单管进行外部连接相比，电路布局更好，引线电感更小。?？榈耐獠恳叨俗痈屎细哐购痛蟮缌髁?。同一制造商的同系列产品，?？榈淖罡叩缪沟燃兑话慊岜菼GBT 单管高1－2个等级，如果单管产品的最高电压规格为1700V，则?？橛?500V、3300V 乃至更高电压规格的产品

晶圆上的一个最小全功能单元称为Cell，晶圆分割后的最小单元，构成IGBT 单管或者?？榈囊桓龅ピ男酒ピ?，合称为IGBT的管芯。

一个IGBT管芯称为?？榈囊桓龅ピ?，也称为模块单元、模块的管芯。?？榈ピ隝GBT管芯的区别在最终产品，模块单元没有独立的封装，而管芯都有独立的封装，成为一个IGBT管。

最近还出了一种叫IPM的?？?，把门级驱动和?；さ缏芬卜庾敖鳬GBT?？槟诓?，结构虽然很简单但是工作频率不能太高。所以应用的较少，姑且不谈。

虽然单管的成本要远低于?？椋堑ス艿目煽啃栽恫患澳？?。在电动车领域，?？橐丫淮蠊婺Ｓτ茫幸恍├饩褪窃勖侵泄厣饕宓睦夏甏匠祷褂刑厮估故羌岢钟玫ス?。不由得感慨特斯拉对成本的重视程度远高于对人命的重视程度。

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，每个单管的成本大约4－5美元，合计大约650美元。

如果改用?？榈幕?，估计需要12－16个?？?，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。

相比宝马I3，采用英飞凌新型HybridPACK 2?？樯杓?，每个?？槟诤?个单管型IGBT，750V／660A，电流超大，只需要两个模块即可，体积大大缩小，成本大约300美元。采用英飞凌的新型HybridPACK 2模块设计，每个?？槟诤?个单管型IGBT，750V／660A，电流超大，只需要两个?？榧纯桑寤蟠笏跣?

而IGBT工艺的关键在于散热和背板工艺。IGBT的正面工艺和标准BCD的LDMOS没区别，区别在背面，背面工艺有几点，首先是减薄，大约需要减薄6－8毫米，减得太多容易碎片，减得太少没有效果。接下来是离子注入，注入一层薄磷做缓冲层，第四代需要两次注入磷，本来硅片就很薄了，两次注入很容易碎片。然后是清洗，接下来金属化，在背面蒸镀一层钛或银，最后是Alloy，因为硅片太薄，很容易翘曲或碎片。英飞凌特别擅长这种技术，所以做出来的体积是同行难以逾越的目标。

最后扯一下散热，首先需要提高 IGBT模块内部的导热导电性能和耐受功率循环的能力， IGBT?？槟诓恳呒际蹙舜致料呒稀?铝带键合再到铜线键合的过程，提高了载流密度。第二点，新的焊接工艺，传统焊料为锡铅合金， 成本低廉、工艺简单， 但存在环境污染问题， 且车用功率?？榈男酒露纫丫咏噶先鄣悖?20℃）。所以一个小小的器件对新能源汽车的发展做出了不可磨灭的贡献，对我国的汽车制造业而言，还有很多路要走。

（作者：广电计量莫工）