关键电力电子元器件IGBT

　　1IGBT简介

　　（1）IGBT（绝缘栅双极晶体管）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电力电子器件，既具有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点，又具有双极功率晶体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点。

　　（2）IGBT模块是由一个或多个IGBT芯片分别装在绝缘的衬底上，该衬底被固定在散热用的铜基板上。为便于系统组装，且保持模块内外的引线电感最小，模块中还安装有续流二极管。

　　（3）IGBT主要应用领域包括工业控制、消费电子产品、计算机和网络通信领域等，电动汽车是IGBT的新兴应用领域，对IGBT有新的要求。

　　车用IGBT环境条件以及可靠性需求见表5～4。工业级和车用级IGBT可靠性要求对比见表5～5。

　　2．国外发展情况传统IGBT生产厂家主要集中在欧、美、日。

　　其中，英飞凌、富士电机、三　菱电机、西门康等企业专门针对车用IGBT展开研究并成功推出产品，能满足电动汽车需求，并在电动汽车上得到较为广泛的应用。

　　（1）英飞凌针对电动汽车推出Hybrid PACK系列IGBT模块，目前有Hybrid PACKl和HybridPACK2两种产品，最大功率为20kW和80kW，分别适用于轻混、全混汽车。另有Prime PACK系列IGBT模块，能满足更高的功率需求，可用于卡车和客车。

　　（2）富士电机产品在丰田混合动力凯美瑞上应用，其产品适用于10kW～120kW驱动电机系统。

　　（3）三菱电机主要生产IGBT模块，分立器件由瑞萨半导体（三菱电机与日立合资）生产。其车用IGBT产品已经应用到本田和丰田等汽车厂商的混合动力汽车上。

　　（4）西门康（Semikron）推出的无焊接IGBT模块，采用英飞凌的芯片，适用于电动汽车用的22～150kW电机控制器。

　　3．我国发展现状

　　（1）主要企业我国IGBT刚刚起步，主要通过外购IGBT芯片，进行传统工业级标准模块的封装，主要企业有江苏宏微、南京银茂、嘉兴斯达、威海星佳、厦门宏发等公司。另有部分产业链下游企业通过收购介入功率半导体器件，如比亚迪和南车时代。部分企业已开始研究车用大功率IGBT模块。

　　（2）研发能力IGBT的核心技术包括芯片和模块封装两个方面。企业基本具备IGBT芯片设计能力，但缺乏生产制造能力，产业化尚待时日；企业通过引进国外设备和归国人才，目前已基本具备模块设计、封装、检测分析能力，可实现IG鄄BT模块的自主生产。

　　（3）产品情况现阶段我国IGBT模块一般集中在600V和1200V，电压等级更高的产品在研发中，主要应用领域为工业变频器、焊机、感应加热等。目前产品尚未能完全被国内客户所接受，正处于市场客户的认证期。企业也比较重视电动汽车领域，对车用IGBT模块进行研发，日前仅有少量样机应用，其产业化还有待产品技术的提升和市场的培育。

　　4．我国IGBT存在的主要问题

　　（1）IGBT芯片完全依赖进口，关键技术被国外大公司垄断，国内难以实现突破，成本难以降低。

　　（2）工业级产品的可靠性和稳定性与国外尚存在一定差距；车用IGBT基本处于研发阶段，在可靠性和电磁兼容方面存在较大问题。

　　（3）我国大功率器件研发水平与国外差距较大，日前各企业技术研发力量薄弱，开发性人才以”海归”为主。

　　（4）现有标准只针对特定用途，缺乏车用级IGBT标准，不适用于产业化。

　　我国电动汽车关键零部件发展建议

　　1．存在的主要问题通过综合分析，我国电动汽车关键零部件存在的主要问题归纳如下：

　　（1）电动汽车零部件厂家对进入电动汽车行业比较谨慎，在电动汽车关键零部件上主要依赖传统产品的利润和国家科研经费，研发后续投入与产业化投入不足，将直接影响零部件产业化发展。

　　（2）目前国内产业联盟中，整车厂与零部件厂双方技术合作不紧密，跨行业协作开发存在困难，大多数产业联盟实际合作没有开展。

　　（3）零部件企业研发能力不足，缺乏核心研发人才，尤其是隔膜材料、电池系统集成、电力电子和电机控制系统方面的专业人才。

　　（4）国内零部件生产设备制造企业技术力量薄弱，部分关键生产设备依赖进口，导致投资成本增加，影响产业化进程。

　　（5）同前零部件标准体系尚不健全，尤其是关键电池材料、电池、电机、IGBT等，影响行业的健康发展。

　　（6）电动转向、电动空调、电动真空助力制动等电动辅助系统也未形成产业化，尚需进行产业化攻关。

　　2．发展建议

　　（1）国家应切实加大资金支持，组织联合攻关。

　　实施动力电池性能突破计划，重点支持新型动力电池及材料开发，争取掌握高比能量、低成本电池技术；增强驱动电机系统关键部件研发能力，提高产品集成化水平和电机系统性能；联合攻克整车控制器开发中的共性技术，构建共性技术平台并积累数据；对IGBT行业进行规模化、连续化的投入，支持车用IGBT芯片和模块研发。

　　（2）国家应设立专项资金，资助有条件、有实力的零部件企业进行产业化建设。

　　针对工业基础好、科研开发能力和产业化能力强的企业予以重点扶持，支持动力电池系统、驱动电机系统、整车控制器硬件、基础材料、IGBT以及相关生产设备的研发和生产，尤其是车用动力电池和车用电机专用生产线的建设，实现产品自主化，以支撑电动汽车产业化发展。

　　（3）积极寻求创新合作模式，构建适宜的产业联盟。

　　建议整车企业和零部件企业组建合资公司，形成有效的商业模式，以整车带动零部件产业化的发展，有利于整车供应体系的形成。国家应对此类合资企业予以专项资金扶持或税收上的优惠政策。

　　（4）采取人才引进与培养双管齐下的措施，逐步解决人才短缺问题。

　　国家应鼓励企业引进国外人才，企业应与高校联合培养相关专业人才。尤其是电池隔膜、IGBT等高端研发人才严重缺乏的行业。

　　（5）建议相关部门牵头，联合整车、零部件骨干企业，共同制修订零部件标准，健全零部件标准体系。

　　①动力电池方面，应重点完善材料、电芯、模块、系统的技术性能与安全标准，建立完善的评价体系，同时应根据动力电池产品的特殊性，完善售后服务要求，兼顾电池生产厂家、整车企业和消费者三方的利益，规定合适的产品质量保证期。

　　②驱动电机方面，应尽快完善驱动电机系统标准，尤其是系统可靠性、耐久性预测与快速评估方法等方面的标准。

　　③整车控制器方面，应共同制定相关基础性标准，尤其是整车控制器接口标准以及网络通信协议标准，以提高整车控制器的通用性。

　　5IGBT方面，应在行业发展初期规范行业标准，为后续发展建立基础。

　　3．发展目标

　　（1）到”十二五”末，关键零部件及其原材料研发和生产基本实现自主化。

　　（2）形成较为完整的产业链，满足电动汽车产业化发展需求

（编辑：李艳娇）

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