IGBT芯片技术详解:它为什么被称为电动车领域的“核心技术”

2021-03-31 10:13:58 106


芯片的种类五花八门,今天跟大家介绍一种与我们的生活息息相关的芯片IGBT(绝缘栅双极晶体管 Insulated-gate bipolar transistor ),这款芯片在电动汽车上运用极为广泛。


IGBT 是用于电动车、铁路机车、动车组的交流电电动机输出控制的芯片。
IGBT 直接控制直、交流电的转换,决定了驱动系统的扭矩,以及最大输出功率。所以,你这车加速能力怎样,最高时速多少,能源效率如何全看它。
IGBT 大约占电机驱动系统成本的一半 ,占到整车成本的5% ,是整部电动车成本第二高的元件(成本第一高的是电池)。毫不夸张地说,这就是电动车领域的“核心技术” 。
从结构上讲,IGBT主要有三个发展方向:
1、IGBT纵向结构:非透明集电区NPT型、带缓冲层的PT型、透明集电区NPT型和FS电场截止型;
2、IGBT栅极结构:平面栅机构、Trench沟槽型结构;
3、硅片加工工艺:外延生长技术、区熔硅单晶;
按照封装工艺来看,IGBT模块主要可分为焊接式与压接式两类。高压IGBT模块一般以标准焊接式封装为主,中低压IGBT模块则出现了很多新技术,如烧结取代焊接,压力接触取代引线键合的压接式封装工艺。
随着IGBT芯片技术的不断发展,芯片的最高工作结温与功率密度不断提高, IGBT模块技术也要与之相适应。未来IGBT模块技术将围绕“芯片背面焊接固定”与“正面电极互连”两方面改进。
IGBT的主要应用领域
作为新型功率半导体器件的主流器件,IGBT已广泛应用于工业、 4C(通信、计算机、消费电子、汽车电子)、航空航天、国防军工等传统产业领域,以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。
1、新能源汽车
IGBT模块在电动汽车中发挥着至关重要的作用,是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件。IGBT模块占电动汽车成本将近10%,占充电桩成本约20%。IGBT主要应用于电动汽车领域中以下几个方面:
A)电动控制系统 大功率直流/交流(DC/AC)逆变后驱动汽车电机;
B)车载空调控制系统 小功率直流/交流(DC/AC)逆变,使用电流较小的IGBT和FRD;
C)充电桩 智能充电桩中IGBT模块被作为开关元件使用;
2、智能电网
IGBT广泛应用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端:
从发电端来看,风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需要使用IGBT模块。
从输电端来看,特高压直流输电中FACTS柔性输电技术需要大量使用IGBT等功率器件。
从变电端来看,IGBT是电力电子变压器(PET)的关键器件。
从用电端来看,家用白电、 微波炉、 LED照明驱动等都对IGBT有大量的需求。
3、轨道交通

IGBT器件已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种辅助变流器的主流电力电子器件。交流传动技术是现代轨道交通的核心技术之一,在交流传动系统中牵引变流器是关键部件,而IGBT又是牵引变流器最核心的器件之一。

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