在視頻開始之前，先問問大家：

你們覺得電動車里面，最核心的部件是什么？

給大家?guī)讉€選項

1.電池

2.電機

3.其他部件

我目測選2的人會比較多，那么先恭喜你們答對了！

但是電機里面最核心的部件，你知道是什么？

嗯，它就是咱們這一期視頻的主角-IGBT芯片。

IGBT介紹

那么IGBT究竟是何方神圣？

所謂IGBT就是絕緣柵雙極型晶體管。

它是由BJT，也就是雙極結(jié)型晶體三極管 和MOS，也就是絕緣柵型場效應(yīng)管組成的復(fù)合全控型-電壓驅(qū)動式-功率半導(dǎo)體器件。

是不是聽的有點暈？

首先小鯨先給大家科普下，半導(dǎo)體器件分類。

它主要有兩種分類方法，是否可控和驅(qū)動方式。

是否可控里面又細分：

不可控型，也就是不能用控制信號控制其通斷，比如普通功率二極管。

半控型，也就是可以控制導(dǎo)通，但是不能控制關(guān)斷，比如普通晶閘管。

全控型，也就是可以控制其導(dǎo)通和關(guān)斷，比如IGBT。

驅(qū)動方式方面，又分為電流驅(qū)動，也就是能夠最終靠電流信號控制導(dǎo)通和關(guān)閉，比如三極管BJT。

電壓驅(qū)動，也就是能夠最終靠電壓信號控制導(dǎo)通和關(guān)閉，比如IGBT。

細心的粉絲可能注意到，小鯨我前面說到IGBT是晶體管呀，那么它算不算芯片呢？

咱們拿華為麒麟990 5G芯片來舉例。

它的芯片面積為113.31平方毫米，這么小的地方集成了多達103億個晶體管。

能夠正常的看到芯片是由大規(guī)模晶體管組成的，所以嚴格來說，單個IGBT不能歸為芯片，而是功率半導(dǎo)體器件。

現(xiàn)在一般說IGBT芯片，是指包括了IGBT功率器件和其他很多東西組成的。

IGBT作用

IGBT的主要工作是控制和傳輸電能。

它可以處理6500W以上的功率，并且工作時可以在短短1秒的時間內(nèi)，實現(xiàn)10萬次電流開關(guān)動作。

絕對不能小看它這個功能哦！

目前的電動車，之所以不需要設(shè)計復(fù)雜的發(fā)動機與變速箱等機械系統(tǒng)，IGBT的存在,可謂大功一件。

并且IGBT芯片，和咱們?nèi)粘Ｌ岬降?nm,5nm集成電路芯片一樣，也是國家02專項的重點扶持項目。02專項就是指"十二五"期間國家16個重大技術(shù)突破專項中的第二位。

也就是說，這塊芯片是目前功率電子器件里技術(shù)最先進的產(chǎn)品。

就拿我們常用的電腦舉個例子。

電腦想要做高速運算的話，它需要CPU。

那像咱們高鐵或者電動車這樣的驅(qū)動，也是需要一種器件，去作為電流的變換，而IGBT就是作為電能變換的這么一個CPU。

據(jù)統(tǒng)計，我國發(fā)電總量的60%都用在了各類電機上。

如果采用IGBT器件對電機進行變頻調(diào)速，電機耗費的電能可以節(jié)能大約1/3，即可節(jié)約全國總發(fā)電量的20%，相當于新建5個三峽大壩的效能。

IGBT分類

根據(jù)工作電壓的高低，IGBT 模塊一般被劃分為三類。

低壓600V以下

中壓600V-1200V

高壓 1700V-6500V

低壓IGBT模塊一般用于消費電子、汽車零部件領(lǐng)域。

中壓IGBT模塊一般用于新能源汽車、工業(yè)控制、家用電器等領(lǐng)域。

高壓IGBT模塊一般用于軌道交通、新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。

在電動車方面，IGBT成為電動車電驅(qū)系統(tǒng)的大頭，成本直接占去了一半。

而電驅(qū)系統(tǒng)在電動車整車的成本占比約為15-20%，這在某種程度上預(yù)示著單單是IGBT就占去了整車成本的7-10%。

IGBT重要性

IGBT有多重要？

舉個形象的比喻，它就好像管你寢室供電的宿管大爺。

何時給電，何時拉閘，大爺輕車熟路。具體給多少電大爺也管，你要是用電不規(guī)范，偷偷用大功率電器，通報批評沒商量。

具體來說，IGBT可以直接控制直流、交流電的轉(zhuǎn)換。決定了驅(qū)動系統(tǒng)的扭矩以及最大輸出功率。所以你這車加速能力怎樣，最高時速多少，能源效率如何全看它。

舉個例子：

比如在電動汽車特斯拉Model 3上面，提供電源的是密密麻麻的電池，這些電池提供400伏直流電。

而電動車的電機轉(zhuǎn)動必須用交流電，通過改變電機交流電的頻率來改變電機的轉(zhuǎn)速，從而精準的控制車輛行駛的速度和加速能力，這背后都是IGBT的功勞。

再比如高鐵上面。

在火車運行中，要在短時間內(nèi)將速度從零提升到300公里以上，或者在極短的時間內(nèi)將正在高速行駛的列車平穩(wěn)停下來。

這看似簡單的加速、減速過程，背后需要一系列相關(guān)傳動設(shè)備，牽引變流器以及其他電動設(shè)備的配合才行。而這就需要確保各種設(shè)備所需的電流、電壓極為精準可靠。

在目前技術(shù)條件下，只有大功率的IGBT，才能滿足這一苛刻要求。

而且在減速過程中，通過IGBT的作用，還可以將列車減速產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)為電能回饋給電網(wǎng)。

可以說，IGBT的裝置就是列車運行的"心臟"。

IGBT研發(fā)

那么IGBT的研發(fā)難不難？

跟傳統(tǒng)手機芯片研發(fā)一樣。

IGBT 行業(yè)的上游產(chǎn)業(yè)最重要的包含半導(dǎo)體材料，比如硅片、光刻膠等等。以及相關(guān)設(shè)備比如光刻機、刻蝕機等等。

IGBT行業(yè)根據(jù)芯片制造的工序，又可依次劃分為芯片設(shè)計、晶圓制造、模塊封裝與測試三個環(huán)節(jié)。

不過，IGBT芯片相較于手機芯片的制造工藝及設(shè)備來說，要求沒有這么高。

另外不同功率等級的IGBT芯片，也有不同的尺寸大小。一般來說，功率等級越高，芯片的尺寸就會越大。

目前IGBT 產(chǎn)品最具競爭力的生產(chǎn)線是8英寸和12 英寸。

世界最為領(lǐng)先的廠商是德國英飛凌，已經(jīng)在12英寸生產(chǎn)線量產(chǎn)IGBT 產(chǎn)品。

國內(nèi)晶圓的生產(chǎn)企業(yè)絕大部分，還停留在6 英寸產(chǎn)品的階段。目前國內(nèi)實現(xiàn)8英寸產(chǎn)品量產(chǎn)的有深圳比亞迪、株洲中車時代和華虹宏力。但其產(chǎn)品良率與國際龍頭相比還存在一定差距。

最后是IGBT行業(yè)的下游產(chǎn)業(yè)。

它包括廣泛的各細分應(yīng)用市場，IGBT 在工業(yè)控制、新能源汽車，消費電子、電力儲能、軌道交通，家用電器等領(lǐng)域均有大量應(yīng)用。

IGBT國產(chǎn)情況

IGBT的技術(shù)，過去長期被極少數(shù)經(jīng)濟發(fā)達國家所壟斷。

比如我國機車車輛使用的IGBT模塊都要從德國、日本進口，特別是在高等級的IGBT器件上。

2008年我國的第一條高鐵京津城際鐵路開通，隨后又開通了更多的高鐵線路，對IGBT的需求成倍增加。

一個8列標準動車組就需要152個IGBT芯片，光這個芯片的成本就高達將近兩百萬元，每年中國高鐵制造需要向國外采購十萬個以上IGBT模塊，采購資金超過12億元人民幣。

2014年6月，經(jīng)過6年的不懈努力，由我國自主研制并具有完全知識產(chǎn)權(quán)的8英寸IGBT芯片成功下線。

打破了大規(guī)模半導(dǎo)體沒有自主芯片的歷史，預(yù)示著我們的高鐵擁有了第一顆"中國芯"。

感悟

最后小鯨我想說：

十多年前，IGBT芯片基本是歐洲和日本的天下。

高鐵用的IGBT被日本三菱重工壟斷，電動車的IGBT被德國英飛凌壟斷。

而如今國內(nèi)各類企業(yè)開始加緊，對IGBT芯片進行自主研發(fā)。其中比較有名的就是深圳比亞迪，株洲中車時代電氣，杭州士蘭微等等。

目前復(fù)興號所涉及的高速動車組的254項重要標準中，中國標準占到了84%。

高鐵跑得快，全靠電機帶。

其中復(fù)興號的心臟也就是牽引電機。它擁有1152個IGBT芯片，這種能讓高鐵平穩(wěn)運行的芯片，目前株洲中車自主研發(fā)的生產(chǎn)線，每年可以生產(chǎn)50萬個。

中國中車生產(chǎn)的IGBT芯片，不但可以滿足自己的需求，還能夠達到出口國外的標準，也已達到世界一流水平。

必須得說，中國標準的意義就在于每一項核心突破，拉動的都是整個體系的升級。而一個個體系的升級，最終使得中國制造走向全球。

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