IGBT在新能源汽车中的重要地位

在新能源汽车中，IGBT其实是很重要的一部分，它对于一辆汽车的稳定性与安全性有着至关重要的影响；燃油车和新能源汽车的差异，主要体现在动力系统方面，而动力系统=动力电池+电机+电控系统，在新能源汽车中，IGBT主要应用于驱动系统、空调和充电桩领域；新能源汽车中升压器（电控用）、逆变器（空调和电池热管理）和充电桩都需要IGBT。

IGBT产生的背景

在半导体领域中功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等。功率半导体细分为功率器件（分立器件的一支）和功率IC（集成电路的一支）。从技术发展来看，功率分立器件的演进路径基本为二极管到晶闸管到MOSFET再到IGBT，其中，IGBT是功率半导体新一代中的典型产品。

功率器件按照驱动方式可以分为两大类，分别是电压型控制器件和电流型控制器件。电压型控制器件主要是通过改变调节控制端电压来控制器件的开通与关断，而电流型控制器件则主要是通过改变调节控制端电流大小来控制器件的开通与关断。电流控制型器件的共同特点是导通损耗小，所需驱动功率小，但是驱动电路复杂，工作频率较低，如晶闸管、二极管、BJT等。而电压控制型器件的共同特点在于输入阻抗高、所需驱动功率小、驱动电路简单、工作频率高，如IGBT、MOSFET等。

MOSFET主要应用于中小功率场合如电脑功率电源、家用电器等，具有门极输入阻抗高、驱动功率小、开关速度快、开关损耗小的特点。但随着下游应用发展越来越快，MOSFET的电流能力显然已经不能满足市场需求。为了在保留MOSFET优点的前提下降低器件的导通电阻，人们曾经尝试通过提高MOSFET衬底的掺杂浓度以降低导通电阻，但衬底掺杂的提高会降低器件的耐压。如果在MOSFET结构的基础上引入一个双极型BJT结构，就不仅能够保留MOSFET的原有优点，还可以通过BJT结构提高器件的电流能力。

BJT即为双极型晶体管，俗称三极管，在三极管中,空穴电子和自由电子都参与导电,称为双极型器件;而MOS管只有多子导电,称为单极型器件。在放大状态工作时,三极管发射结正偏,有基极电流,相应的输入电阻较小,约为103Ω。由于BJT 是双极性器件，在工作过程中，器件结构漂移区中有注入载流子贮存时间，导致其不能在高频下工作。

在经过技术上的不断改进后，结合了两者优势的IGBT应运而生。目前，IGBT已经能够覆盖从600V~6500V的电压范围，应用涵盖从工业电源、变频器、新能源汽车、新能源发电到轨道交通、国家电网等一系列领域。IGBT凭借其高工作频率、高电流性能、开关损耗小等优点在庞大的功率器件世界中赢得了自己的一片领域。

在新能源汽车领域

IGBT约占电机驱动系统成本的一半，而电机驱动系统占整车成本的15-20%，也就是说IGBT占整车成本的7-10%，是除电池之外成本第二高的元件，也决定了整车的能源效率。此外直流充电桩的核心也是IGBT管，直流充电桩30%的原材料成本就是IGBT。作为一种功率半导体，IGBT应用非常广泛，小到家电、大到飞机、舰船、交通、电网等战略性产业。此外，IGBT还是国家“02专项”的重点扶持项目，已经全面取代了传统的Power MOSFET，被称为电力电子行业里的“CPU”。

在电动汽车的“三电”方面，TESLA的Model S使用的三相异步驱动电机，其中每一相的驱动控制需要使用28颗塑封的IGBT芯片，三相共需要使用84颗IGBT芯片。算算总量，就可知需求的庞大。此外，充电桩的核心部件也要用到IGBT芯片。

按照IGBT模块工作时的电压，它的应用领域大致分为五类：

650V——应用于新能源汽车、家电和工业变频；

1200V——应用于光伏、电磁炉、电焊机、新能源汽车行业；

1700V——应用于太阳能，风电等领域；

3300V——应用于动车、高铁、国家电网等领域；

6500V——高铁、工业电机、动车、智能电网等领域；

从IGBT下游应用领域的占比来看，前三个场景分别是新能源汽车（占比31%）、家电（占比27%）、工业控制（占比为20%）。

台湾茂矽电子成立于1987年；台湾茂硅晶圆制造长期聚焦在功率半导体元件及电源管理IC领域，主要产品有沟槽式功率金属氧化物半导体场效应电晶体（Trench Power MOSFET）、沟槽式绝缘栅双极电晶体（Trench IGBT）、类比IC (Analog IC)以及各种二极体（Diode）等，客户终端产品广泛应用于电脑、液晶萤幕与电视、手机电池、工具机、LED照明、电源及汽车电子等领域。

目前市面上出现的晶圆直径主要是150mm、200mm、300mm，分别对应6英寸、8英寸、12英寸的晶圆；国产芯片在晶圆的产能上，也就是在6寸上有优势；

全球10大8”晶圆厂約有40座,其中33座在亚洲(台湾15座,中國8座)在2019-2021产能仅扩厂5%,仍不足以满足后续电动车与工业控制市场,导致IGBT持续涨价。

由工采网代理的台湾茂矽电子推出的IGBT晶圆是有几款1200V、FS工艺(15A、25A、40A)6寸IGBT晶圆片；1200V壕沟和现场停止技术；低开关损耗；正温度系数；简单的平行技术。

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