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国内IGBT技术的兴起和新能源汽车产业竞争格局将受|新能源汽车|比亚迪|模块化新浪技术的影响

来源:乐众集团官方线路   发布时间:2019-10-29   点击量:366

    绝缘栅双极晶体管(IGBT)是能量转换和传输的核心器件。采用IGBT进行功率转换可以提高电能消耗的效率和质量,解决能源短缺问题,减少二氧化碳排放。排放的关键技术。IGBT作为新能源汽车的核心技术之一,与动力电池一样,由于技术难度大、投资大,被业内称为新能源汽车核心技术的“珠穆朗玛峰”。长期以来,它已成为制约新能源汽车大规模商业化的“瓶颈”。然而,一个不容忽视的工业现实是,IGBT技术的成熟直接影响到电动汽车的动力释放速度——直接控制直流和交流的转换,同时,交流电机的变频控制,决定了驱动系统的转矩(直接影响车辆的加速能力、最大输出功率(直接影响车辆的最大速度)等。因此,IGBT也被称为“CPU”的电力电子设备-虽然IGBT模块只是掌大小,它是“生命线”的巨大设备。一个相关的行业情况是,在国内市场,中高端IGBT的生产能力严重不足,长期依赖国际巨头导致“一核难找”。因此,国产化IGBT的技术成熟度一度成为我国新能源汽车进一步发展的关键“障碍”。事实上,近年来,这种“壁垒”正在逐步放松。以比亚迪为代表的国内新能源汽车制造商在IGBT领域实现了技术突破,我国新能源汽车配套产业格局正在悄然发生变化。据了解,比亚迪作为中国第一家在监管层面实现IGBT大规模生产的本土企业,已于2018年11月申请了175项IGBT相关专利,其中包括114项授权专利。业内普遍认为,随着国内IGBT技术的兴起,有望打破国际寡头垄断的局面,这将不可避免地影响中国乃至全球新能源汽车产业的竞争格局。随着能源危机、气候变化和环境污染的加剧,世界各国纷纷推出新能源汽车的发展计划,汽车电气化将成为汽车发展史上最大的变化。中国是第一个大规模推广新能源汽车的国家。凭借先发优势、市场规模优势和产业支撑优势,中国已经生产出了一批极具竞争力的民族新能源汽车品牌。但另一方面,长期以来,IGBT技术已经成为制约我国新能源汽车发展的“瓶颈”。IGBT作为一种主流的新型电力电子器件,广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车、新能源设备和工业领域(高压大电流下的AC/DC功率变换和频率控制),是上述应用的核心技术。然而,与工业IGBT相比,IGBT在电动汽车领域的应用面临着更多的挑战。一方面,汽车的大功率消耗特性要求IGBT具有较高的使用寿命(设计寿命超过20年),这就需要满足使用寿命中几十万次甚至上百万次的功率循环要求。另一方面,汽车正面临着更加复杂的适用条件,如频繁的起停、爬坡和涉水、经历不同的道路条件和环境温度。高温、高湿、高振动是IGBT的极端严峻的试验,对组装体积和散热效率的要求非常严格。不仅如此,电动汽车的操作人员相对不专业,他们对IG-BT的测试和性能要求是多维的、全方位的。然而,由于客车需要面对大众消费市场的原因,客车的价格必须保持在合理的范围内。因此,在高性价比的前提下,车用IGBT要求高可靠性。在这些因素的综合影响下,无论在技术难度、应用场合还是可靠性方面,仪表级IGBT对器件本身的要求都比工业级IGBT更为严格。在此背景下,中国的IGBT主流市场已被国际巨头垄断——90%的份额掌握在英飞凌(Infineon)和三菱(Mitsubishi)等海外巨头手中。由于国外汽车巨头拥有IGBT的核心技术和定价能力,这在一定程度上已经成为我国新能源汽车产业大规模发展的主要障碍。突破国产IGBT技术的束缚,有效打破外资垄断的局面,对我国新能源汽车的未来发展具有重要意义,但这绝非易事。可以理解,IGBT技术的发展存在许多困难。长期以来,IGBT的核心技术一直掌握在国外厂商的手中。首先,IGBT芯片只有人类指甲那么大,但是它们只能在显微镜下观察,以蚀刻成百上千甚至成百上千的微电路。其次,IGBT芯片的设计非常困难。虽然IGBT是一种开关器件,但它涉及十多个参数,其中许多参数是矛盾的,需要根据应用情况加以妥协。第三,晶片的制造工艺非常困难。最重要的是薄片的加工。IGBT采用最新的1200VFS技术,需要将晶片厚度减小到120μm(大约两根毛发直径),然后加工10多个工艺。此外,晶圆制造厂的清洁度要求很高,要求有一级净化。几微米的灰尘落在晶片上会导致IGBT芯片失效。不仅如此,IGBT模块的设计也很困难。材料匹配、散热、结构、功率密度、外观、重量等指标需要考虑。在IGBT模块的制造中,大面积芯片的焊接是无间隙的(无间隙焊接需要1mBar)。

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