3.2. 车规级 IGBT 性能要求更加严苛
对于新能源车用 IGBT 而言,一方面由于道路复杂性,车辆行驶中会受到较大的震动和冲击,对 IGBT 强度要求较高 , 另一方面由于汽车频繁启停会引起 IGBT 水温上升,对散热提出了更高的要求 。
针对车规级 IGBT 模块的特殊要求,IGBT 技术正朝着小型化、低功耗、耐高温、高安全和智能化的方向发展,以富士电机新能源车用 IGBT 产品为例,重点考虑以下几方面的设计:
小型化:由于需要在汽车有限的空间内安装高压蓄电池、电力转换装臵、电机等 , 因此电力转换装臵中使用的 IGBT 模块要尽可能实现小型化 。
散热快:采用第三代直接水冷结构,加快散热片之间的冷却液流动速度,大幅降低热阻 。
低损耗:优化场截止结构,降低导通电压和开关损耗 , 优化沟槽栅级结构,使得在关断动作器件,电子和空穴更容易进行迁移,提高开关速度的可控性,降低损耗 。
集成芯片传感器:将电流传感器、温度传感器和 IGBT 芯片集成于一个芯片上 , 实时监视 IGBT 工作时的电流和温度 。
采用高强度焊接材料:考虑到车用半导体多在恶劣环境下使用,特别是因温度循环产生的应力导致连接绝缘基板和散热底座的焊接部分出现裂痕后悔引起热阻上升和芯片异常发热从而导致 IGBT 模块损坏,产品采用高强度焊接材料,抑制裂痕扩展 。
3.3. 车规级IGBT市场国外厂商依旧占据垄断地位 , 国内厂商力求突破
目前国内车规级 IGBT 市场仍旧由国外厂商占据垄断地位,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,除日系厂家,英飞凌包揽了几乎所有电动车的 IGBT , 例如特斯拉 Model X 使用的 132 个 IGBT 管都由英飞凌提供 。
由于 IGBT 行业存在技术门槛较高、人才匮乏、市场开拓难度大、资金投入较大等困难,国内企业在产业化进程中一直进展缓慢 。
随着全球制造业向中国的转移 , 中国已逐渐成为全球最大的IGBT市?。琁GBT国产化需求已是刻不容缓 。
在市场需求的吸引下,一批具备 IGBT 相关经验的海外华人归国投身IGBT行业,同时国家大量资金流入IGBT行业,我国 IGBT 产业化水平有了一定提升,部分企业已经实现量产 。
例如斯达半导 , 作为国内 IGBT 行业的领军企业,自主研发的第二代芯片(国际第六代芯片 FS-Trench)已实现量产,成功打破国外跨国企业长期以来对 IGBT 芯片的垄断 。
4、?行业公司?4.1. 斯达半导
公司主营业务是 IGBT 为主的功率半导体芯片和模块的设计研发和生产,是国内 IGBT 的领先供应商 。
起家于家电变频器和工业级产品比如电焊产品 , 公司以 IGBT 技术为基础,大力发展车规级功率器件,公司产品获得良好的市场评价,尤其在 2020 年疫情后,英飞凌产能不足不能稳定供货,公司拓展突飞猛进,快速扩张市场份额,目前在新能源汽车 IGBT 领域 在国内名列前茅 。
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