新能源汽車IGBT

當前的新能源車的模塊系統由很多部分組成，如電池、VCU、BSM、電機等，但是這些都是發展比較成熟的產品，國內外的模塊廠商已經開發了很多，但是有一個模塊需要引起行業內的重視，那就是電機驅動部分最核心的元件IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor絕緣柵雙極型晶體管芯片）。作為電力電子行業里的“CPU”，IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是國際上公認的電子革命中最具代表性的產品。將多個IGBT芯片集成封裝在一起形成IGBT模塊，其功率更大、散熱能力更強，在新能源汽車領域發揮著極為重要的功用和影響。

什么是“三電系統”和“電驅系統”？

簡單普及下，也是耳熟能詳的三電系統，即動力電池（簡稱電池）、驅動電機（簡稱電機）、電機控制器（簡稱電控），也被人們成為三大件，加起來約占新能源車總成本的70%以上，是決定整車運動性能核心的組件。

電驅系統，我們一般簡單把電機、電控、減速器，合稱為電驅系統。

但嚴格定義上講，根據進精電動招股說明書，電驅動系統包括三大總成：驅動電機總成（將動力電池的電能轉化為旋轉的機械能，是輸出動力的來源）、控制器總成（基于功率半導體的硬件及軟件設計，對驅動電機的工作狀態進行實時控制，并持續豐富其他控制功能）、傳動總成（通過齒輪組降低輸出轉速提高輸出扭矩，以保證電驅動系統持續運行在高效區間）。

圖：電驅系統示意圖

電驅系統工作：在駕駛新能源汽車時，電機控制器把動力電池放出的直流電（DC）變為交流電（AC）（這個過程即逆變），讓驅動電機工作，電機將電能轉換成機械能，再通過傳動系統（主要是減速器）讓汽車的輪子跑起來。反過來，把車輪的機械能轉換存儲到電池的過程就是動能回收。電驅系統工作示意圖如下：

IGBT模塊究竟如何工作？

IGBT模塊的標準封裝形式是一個扁平的類長方體，下圖為HP1模塊的正上方視角，最外面白色的都是塑料外殼，底部是導熱散熱的金屬底板（一般是銅材料）?？梢钥吹侥K外面還有非常多的端子和引腳，各自有自己的作用：

圖：HP1模塊等效電路圖

圖：HP1模塊等效電路圖

在電控模塊中，IGBT模塊是逆變器的最核心部件，總結其工作原理：

通過非通即斷的半導體特性，不考慮過渡過程和寄生效應，我們將單個IGBT芯片看做一個理想的開關。我們在模塊內部搭建起若干個IGBT芯片單元的并串聯結構，當直流電通過模塊時，通過不同開關組合的快速開斷，來改變電流的流出方向和頻率，從而輸出得到我們想要的交流電。

IGBT模塊的生產流程

IGBT行業的門檻非常高。除了芯片的設計和生產，IGBT模塊封裝測試的開發和生產等環節同樣有著非常高的技術要求和工藝要求。

圖：IGBT標準封裝結構橫切面

如上圖所示，可以看到IGBT模塊橫切面的界面，目前殼封工藝的模塊基本結構都相差不大。IGBT模塊封裝的流程大致如下：

貼片→真空回流焊接→超聲波清洗→X-ray缺陷檢測→引線鍵合→靜態測試→二次焊接→殼體灌膠與固化→端子成形→功能測試（動態測試、絕緣測試、反偏測試）

貼片，首先將IGBT wafer上的每一個die貼片到DBC上。DBC是覆銅陶瓷基板，中間是陶瓷，雙面覆銅，DBC類似PCB起到導電和電氣隔離等作用，常用的陶瓷絕緣材料為氧化鋁（Al2O3）和氮化鋁（AlN）；

真空焊接，貼片后通過真空焊接將die與DBC固定，一般焊料是錫片或錫膏；

X-ray空洞檢測，需要檢測在敢接過程中出現的氣泡情況，即空洞，空洞的存在將會嚴重影響器件的熱阻和散熱效率，以致出現過溫、燒壞、爆炸等問題。一般汽車IGBT模塊要求空洞率低于1%；

接下來是wire bonding工藝，用金屬線將die和DBC鍵合，使用最多的是鋁線，其他常用的包括銅線、銅帶、鋁帶；

中間會有一系列的外觀檢測、靜態測試，過程中有問題的模塊直接報廢；

重復以上工序將DBC焊接和鍵合到銅底板上，然后是灌膠、封殼、激光打碼等工序；

出廠前會做最后的功能測試，包括電氣性能的動態測試、絕緣測試、反偏測試等等。

常見的汽車IGBT模

塊封裝類型有哪些？

Econodual系列半橋封裝，應用在商用車上為主，主要規格為1200V/450A，1200V/600A等；

HP1全橋封裝，主要用在中小功率車型上，包括部分A級車、絕大部分的A0、A00車，峰值功率一般在70kW以內，型號以650V400A為主，其他規格如750V300A、750V400A、750V550A等；

HPD全橋封裝，中大功率型車上使用，大部分A級車及以上，以750V820A的規格占據市場主流，其他規格如750V550A等；

DC6全橋封裝，基于UVW三相全橋的整體式封裝方案，具備封裝緊湊，功率密度高，散熱性能好等特點；

TO247單管并聯，市場上也有少量使用TO247單管封裝的電控系統方案。使用單管并聯方案的優勢主要有兩點：①單管方案可以實現靈活的線路設計，需要多大的電流就用相應的單管并聯就好了，所以成本也有一定優勢；②寄生電感問題比IGBT模塊好解決。但是使用單管并聯也存在一些待解決的難點：①每個并聯單管之間均流和平衡比較困難，一致性比較難得到保障，例如實現同時的開斷，相同的電流、溫度等；②客戶的系統設計、工藝難度非常大；③接口比較多，對產線的要求很高。

中國汽車IGBT情況

隨著國內新能源汽車產業的快速發展，產業鏈上游大有逐步完成國產替代，甚至引領世界的趨勢，諸如整車品牌、動力電池、電池材料等等已經走得比較靠前。而汽車電控IGBT模塊是新能源汽車最核心的功率器件，之前一直被諸如英飛凌、安森美、賽米控、三菱電機等國外供應商壟斷，但隨著比亞迪半導體、斯達半導、中車時代、士蘭微、翠展微等國內供應商的崛起，目前在一定程度上已經能夠滿足國產需求，相信在不久的將來，國內汽車半導體企業會更大更強！

圖：汽車電控IGBT模塊市場情況

主要汽車IGBT模塊供應商介紹

英飛凌科技公司于1999年4月1日在德國慕尼黑正式成立，是全球領先的半導體公司之一。其前身是西門子集團的半導體部門，于1999年獨立，2000年上市。英飛凌的業務遍及全球，在全球共有56家研發機構和20家生產工廠。

主營產品：

微控制器、智能傳感器、射頻收發IC、雷達、分立式和集成式功率半導體、充電模塊、充電器、控制器、DCDC、IGBT、智能網聯處理器、網關芯片、AI芯片

配套客戶：

豐田汽車、大陸電子、大眾汽車、日立電線、寶馬、奧迪等

比亞迪半導體股份有限公司是國內領先的半導體企業，成立于2004年10月15日，主要從事功率半導體、智能控制IC、智能傳感器、光電半導體，半導體制造及服務，覆蓋了對光、電、磁等信號的感應、處理及控制，產品廣泛應用于汽車、能源、工業和消費電子等領域，具有廣闊的市場前景。比亞迪半導體矢志成為高效、智能、集成的新型半導體供應商。

主營產品：

電源管理芯片、功率MOSFET、LED驅動芯片、電量計、復位芯片、IGBT芯片及模組、智能功率模塊及IGBT智能驅動模塊、CMOS圖像傳感器、音頻功放、消噪IC、筆記本觸控面板、觸摸控制芯片、TVS管和電流傳感器、攝像頭

配套客戶：

比亞迪，小鵬G3等

嘉興斯達半導體股份有限公司成立于2005年4月，是一家專業從事功率半導體芯片和模塊尤其是IGBT芯片和模塊研發、生產和銷售服務的國家級高新技術企業。公司總部位于浙江嘉興，在上海和歐洲均設有子公司，并在國內和歐洲設有研發中心，是目前國內IGBT領域的領軍企業。

主營產品：

IGBT模塊、MOSFET模塊

配套客戶：

英威騰電氣、匯川技術、巨一動力、電驅動

間接配套：

宇通、比亞迪、上汽、小鵬等

瑞薩電子株式會社，是全球無線網絡、汽車、消費與工業市場設計制造嵌入式半導體的全球領先供應商，產品包括微控制器、SoC解決方案和各種模擬與功率器件?，F在的瑞薩電子，是由NEC、三菱半導體、日立半導體，三大巨頭構成的。2003年4月1日由日立制作所半導體部門和三菱電機半導體部門合并成立了瑞薩科技，NEC電子和瑞薩科技于2010年4月合并，由此誕生了瑞薩電子。

主營產品：

微控制器、微處理器、傳感器、模擬功率器件、SoC產品、AI芯片、電源管理、電池管理、抬頭顯示、網關芯片

配套客戶：

豐田、日產、奧迪、鈴木、博世、愛信精機、德爾福、Ryosan

日本電裝公司(DENSO股份有限公司）成立于1949年12月16日，是世界汽車系統零部件的頂級供應商，目前共擁有198家公司(日本63、北美21、歐洲27、亞洲80、其他7)。

主營產品：

動力傳動系統產品（如噴油器、燃油泵、ECU等）、空調相關產品（如空調單元、壓縮機、冷凝器等）、車身相關產品（如雨刮系統，儀表等）、駕駛安全相關產品（如安全氣囊ECU，毫米波雷達等）、信息通信產品（如車載導航等）、汽車后市場產品（如火花塞、雨刮片等）以及機械手、掃碼器等其他領域產品、IGBT，OTA方案、W-HUD、中控儀表、車載DMS系統、T-Box、智能座艙、導航影音一體機/車機、液晶儀表、安全帶提醒器（SBR）、座椅電機、域控制器、W-BMS業務

配套客戶：

豐田/馬自達（WHUD）、本田、日產、廣汽傳祺GA6等

富士電機控股公司FUJI ELECTRIC HOLDINGS CO., LTD.成立于成立時間：1923年8月29日，富士電機是古河電器工業與德國西門子以資本技術資本合作成立的公司。產品涵蓋電機系統、電子設備、零售終端設備、半導體、發電設備、能源管理等。

主營產品：

IGBT系統（剎車輔助、轉向輔助、新能源電機控制器上的部件）

配套客戶：

蘇州匯川

三菱電機株式會社，是三菱MITSUBISHI財團之一，全球500強。公司成立于1921年1月15日，當時三菱造船公司（現在的三菱重工業株式會社）將日本神戶的一家工廠脫離出去，組建了一家名為三菱電機株式會社的新公司，專門為遠洋船舶制造電機。目前三菱業務范圍包括重電系統、工業自動化系統、信息通訊系統、電子元器件、家用電器等。

主營產品：

變壓器、高壓開關、IGBT、LED顯示系統、功率器件、光器件和光模塊、微波和射頻器件、液晶顯示屏

株洲中車時代電氣股份有限公司（下稱中車時代電氣）是中國中車旗下股份制企業，其前身及母公司——中車株洲電力機車研究所有限公司創立于1959年。中車時代電氣秉承“雙高雙效”高速牽引管理模式，堅持“同心多元化”發展戰略，圍繞技術與市場，形成了“基礎器件+裝置與系統+整機與工程”的完整產業鏈結構，產業涉及高鐵、機車、城軌、軌道工程機械、通信信號、大功率半導體、傳感器、海工裝備、新能源汽車、環保、通用變頻器等多個領域，業務遍及全球20多個國家和地區。

主營產品：

大功率半導體產業（IGBT、雙極器件、功率組件）、新能源乘用車電驅動系統

配套客戶：

長安汽車、一汽集團、江鈴集團

浙江翠展微電子有限公司是車規級IGBT模塊設計生產供應商，成立于2018年,公司總部及生產基地位于浙江省嘉興市，同時在上海、蘇州、合肥、天津、重慶、深圳設立子（分）公司。公司是國內為數不多的汽車電控IGBT模塊量產供應商，位于嘉善的IGBT模塊產線已經通過IATF 16949質量認證體系認證，公司產品的性能和生產良率處于國內領先水平，并已經批量給多個汽車客戶供應自主IGBT模塊。

主營產品：

汽車主電控IGBT模塊、定制一體化IGBT模塊、SIC模塊，工業IGBT模塊，PIR芯片、TO247單管，汽車底層軟件服務、電機控制方案、軟件開發工具鏈等。

配套客戶：

公司的客戶有上汽集團，比亞迪，江淮汽車，吉利汽車，長城汽車，奇瑞汽車，滴滴，蔚來汽車，小鵬汽車，威馬汽車，北汽新能源，上海電氣，昌輝汽車，鴻創新能源，華人運通，株洲中車時代，德歐科技、日虹科技、深川變頻、廊坊科森等業內知名企業。

賽米控是全球領先的功率模塊和系統制造商之一,產品主要涉及中等功率輸出范圍(約2 kW至10 MW)。我們的產品是現代節能型電機驅動器和工業自動化系統中的核心器件

主營產品：

IGBT模塊、SiC（全碳化硅功率模塊、混合碳化硅功率模塊）、分立元件（芯片、二極管、晶閘管）、MOSFET模塊、晶閘管/二極管模塊、橋式整流器模塊、IPM、IGBT驅動、熱界面材料等

配套客戶：

LG

安森美半導體(ON Semiconductor)是應用于高能效電子產品的首要高性能硅方案供應商。公司的產品系列包括電源和信號管理、邏輯、分立及定制器件，幫助客戶解決他們在汽車、通信、計算機、消費電子、工業、LED照明、醫療、軍事/航空及電源應用的獨特設計挑戰，既快速又符合高性價比。

主營產品：

1.汽車功能電氣化-全新IGBT及碳化硅(SiC)模塊方案

2.汽車功能電氣化- SiC MOSFET及門極驅動器方案

3.汽車功能電氣化-智能功率模塊(IPM)方案

4.汽車功能電氣化-中壓功率MOSFET分立器件和模塊

5.先進駕駛輔助系統(ADAS)及自動駕駛方案-圖像傳感器

6.智能駕駛艙方案-圖像傳感器

配套客戶：

通用、福特等各大主機廠

羅姆半導體（上海）有限公司ROHM(羅姆)成立于1958年，是全球知名的半導體廠商。

主營產品：

存儲器、放大器/比較器、電源管理、時鐘/計時器、開關/多路轉換器/邏輯、數據轉換器、傳感器/MEMS、顯示用驅動器、電機/執行機構驅動器、接口、通信LSI(LAPIS)、音頻/視頻、MOSFET、雙極晶體管、二極管、功率晶體管、功率二極管SiC（碳化硅）功率元器件、IGBT、智能功率模塊、電阻器、導電性高分子電容器、鉭電容器、貼片LED、LED顯示器、激光二極管、光學傳感器、無線通信模塊熱敏打印頭、薄膜壓電MEMS、晶圓(LAPIS)、WL-CSP(LAPIS)

配套客戶：

國內主機廠、日系、德系等車企

江蘇宏微科技股份有限公司是由一批長期在國內外從事電力電子產品研發和生產，具有多種專項技術的科技人員組建的國家重點高新技術企業。是國家高技術產業化示范工程基地，國家IGBT和FRED標準起草單位；江蘇省新型高頻電力半導體器件工程技術研究中心等。

主營產品：

快恢復二極管芯片、分立器件（IGBT分立器件、MOSFET分立器件、FRED分立器件）、功率模塊（IGBT模塊、快恢復二極管模塊、整流二極管模塊、晶閘管模塊、整流橋模塊），電源模組（新能源大巴空調控制器、車載DCDC、預充單元PTC控制器、車載逆變器、風機調速模塊）等

配套客戶：

匯川、英威騰、藍海華騰、科陸電子、合康變頻等變頻器廠家；

佳士、凱爾達、奧太、時代、滬工等電焊廠家；

海爾、美的、長虹、創維等家用電器廠家；

陽光、兆伏、山億等新能源廠家；

臺達、新譽、康丘樂等軌道交通電動汽車控制器廠家；

科華、志成冠軍、易思特等UPS廠家

意法半導體（中國）投資有限公司1987年，兩家歷史悠久的半導體公司-意大利SGS Microelettronica和法國湯姆遜半導體公司（Thomson Semiconducteurs）-合并成立了今天的意法半導體公司，1994年起成為上市公司。意法半導體擁有豐富的芯片制造工藝，包括先進的FD-SOI（全耗盡絕緣體上硅）、CMOS（互補金屬氧化物半導體）、混合信號、模擬和電源制造工藝，是國際半導體開發聯盟（ISDA）開發下一代CMOS技術的合作企業之一。

主營產品：

半導體解決方案、集成電路、毫米波雷達、網關芯片、IGBT

配套客戶：

特斯拉

江蘇中科君芯科技有限公司是一家專注于IGBT、FRD等新型電力電子芯片研發的中外合資高科技企業。公司成立于2011年底，依托中國科學院的科研團隊和研發平臺，結合海內外的技術精英以及專業的市場管理團隊共同組建而成。

主營產品：

IGBT芯片、IGBT單管、IGBT模塊、FRD單管、FRD芯片、FRD模塊

配套客戶：

上海華虹宏力

吉林華微電子股份有限公司是集功率半導體器件設計研發、芯片加工、封裝測試及產品營銷為一體的國家級高新技術企業，公司經科技部、中科院等國家機構認證。目前公司已形成IGBT、MOSFET、SCR、SBD、IPM、FRD、BJT等為營銷主線的系列產品，產品種類基本覆蓋功率半導體器件全部范圍，廣泛應用于汽車電子、電力電子、光伏逆變、工業控制與LED照明等領域，并不斷在新能源汽車、光伏、變頻等戰略性新興領域快速拓展。

主營產品：

功率半導體器件設計研發、芯片加工、封裝測試（IGBT、MOSFET、SCR、SBD、IPM、FRD、BJT等）

配套客戶：

歐普照明、松下電器、長城、LG

東芝電子元件（上海）有限公司提供各種車載半導體器件，有提高駕駛安全性的車載圖像識別處理器，有針對新能源汽車的變頻器控制方案，相關電機驅動器和功率器件，以及車載信息娛樂解決方案等。

主營產品：

新能源車用光耦隔離器件TLX系列、ADAS用最新圖像識別芯片Visconti4、新能源車用IGBT芯片、冷卻水泵控制芯片、無刷EPS電機驅動芯片與MOSFET、新能源車冷卻水閥驅動芯片等

配套客戶：

日系主機廠、自主品牌主機廠、合資品牌主機廠

審核編輯 ：李倩