IGBT是什么

作为新能源车里的“CPU”，IGBT因技术难、投资大，与动力电池一样，被业内称为新能源 汽车 核心技术的“珠穆拉玛峰”。

多年以来， IGBT核心技术一直掌握在日本、欧洲等国外厂商中，制约了国内新能源 汽车 的大规模商业化。直至比亚迪的出现，一拳打破“卡脖子”技术。

而继比亚迪之后，又有一家中国企业将量产车规级IGBT。

据华虹宏力公众号消息，近日，华虹半导体有限公司与斯达半导举办“华虹半导体车规级IGBT暨12英寸IGBT规模量产仪式”，并签订战略合作协议。

双方共同宣布， 携手打造的高功率车规级IGBT（绝缘栅双极型晶体管）芯片，已通过终端车企产品验证，广泛进入了动力单元等 汽车 应用市场。

IGBT全称“绝缘栅双极型晶体管”，是影响电动车性能的关键技术，是新能源车的“大脑”，其成本约占整车成本的5%。

IGBT的好坏直接影响电动车功率的释放速度： 直接控制直、交流电的转换，同时对交流电机进行变频控制，决定驱动系统的扭矩（直接影响 汽车 加速能力）、最大输出功率（直接影响 汽车 最高时速）等。

所以，可以说IGBT与新能源车的关系就如同CPU与电脑，是新能源 汽车 最核心的技术。

据悉，华虹半导体已在12英寸生产线上成功建立了IGBT晶圆生产工艺，产品顺利通过了客户认证，成为全球首家同时在8英寸和12英寸生产线量产先进型沟槽栅电场截止型IGBT的纯晶圆代工企业。

目前，华虹半导体12英寸IGBT产出已超10000片晶圆。去年斯达半导生产的 汽车 级IGBT模块合计配套超过20万辆新能源 汽车 。

1、igbt的全称是Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管的意思。它相当于电路开关，具有稳定控制电压，耐压性强等热点，多在直流电压为500伏或以上的变流系统中使用。

2、从功能方面来说，igbt电路开关，最大的优点就是能稳定的控制住电压，耐压性强，因此经常用在电压几十到几百伏的强电流上，且它不是用机械按钮控制的，而是由计算机控制的。

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)全称“绝缘栅双极晶体管”，其芯片与动力电池电芯并称为电动车的 “双芯”，是影响电动车性能的关键技术。

IGBT的源头——单晶硅，需要电子纯化，99.999999999%高纯度多晶硅；基于金刚石的线切割法将硅锭切成一片片晶圆，同一块硅锭产出晶圆越薄，产生的数量越多，生产成本将会下降，于是晶圆厂不懈追求着晶圆片的薄度；在晶圆这个地基上，层层叠叠堆积电路，逐层构建芯片的梁和柱。

IGBT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功率半导体器件。

IGBT具有以下特点：高输入阻抗，可采用通用低成本的驱动线路；高速开关特性；导通状态低损耗。

IGBT兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，在综合性能方面占有明显优势，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

IGBT最常见的形式其实是模块（Module），而不是单管。

多个芯片以绝缘方式组装到金属基板上；空心塑壳封装，与空气的隔绝材料是高压硅脂或者硅脂，以及其他可能的软性绝缘材料；同一个制造商、同一技术系列的产品，IGBT模块的技术特性与同等规格的IGBT 单管基本相同。

——多个IGBT芯片并联，IGBT的电流规格更大。

——多个IGBT芯片按照特定的电路形式组合，如半桥、全桥等，可以减少外部电路连接的复杂性。

——多个IGBT芯片处于同一个金属基板上，等于是在独立的散热器与IGBT芯片之间增加了一块均热板，工作更可靠。

——一个模块内的多个IGBT芯片经过了模块制造商的筛选，其参数一致性比市售分立元件要好。

——模块中多个IGBT芯片之间的连接与多个分立形式的单管进行外部连接相比，电路布局更好，引线电感更小。

——模块的外部引线端子更适合高压和大电流连接。同一制造商的同系列产品，模块的最高电压等级一般会比IGBT 单管高1-2个等级，如果单管产品的最高电压规格为1700V，则模块有2500V、3300V 乃至更高电压规格的产品。

晶圆上的一个最小全功能单元称为Cell，晶圆分割后的最小单元，构成IGBT 单管或者模块的一个单元的芯片单元，合称为IGBT的管芯。

一个IGBT管芯称为模块的一个单元，也称为模块单元、模块的管芯。模块单元与IGBT管芯的区别在最终产品，模块单元没有独立的封装，而管芯都有独立的封装，成为一个IGBT管。

近来还有一种叫IPM的模块，把门级驱动和保护电路也封装进IGBT模块内部，这是给那些最懒的工程师用的，不过工作频率自然不能太高咯。

单管的价格要远低于模块，但是单管的可靠性远不及模块。全球除特斯拉和那些低速电动车外，全部都是使用模块。

擅长小功率作战的MOS管芯片，虽然为手机、电脑带来更快的运行速度，但其 耐压低，在高电压、大电流应用中损耗大的弱点，使之无法投入到大功率作战中 。

导通压降小、耐压高、输出功率高的IGBT芯片 此时露出它锋利的武器，吞噬着MOS的份额。对于电动车而言，IGBT直接控制驱动系统直、交流电的转换，决定了车辆的扭矩和最大输出功率等。

不仅电机驱动要用IGBT，新能源的发电机和空调部分一般也需要IGBT。不仅是新能源车，直流充电桩和机车（高铁）的核心也是IGBT管，直流充电桩30%的原材料成本就是IGBT。电力机车一般需要 500 个IGBT 模块，动车组需要超过100个IGBT模块，一节地铁需要50-80个 IGBT 模块。

IGBT本身是一个非通即断的开关，导通时可以看作导线，断开时可以看作开路。在电机驱动控制器中， IGBT主要负责将动力电池传输的直流电转化为交流电。 电流从上而下垂直穿过IGBT，直至抵达驱动电机。芯片越薄，电流所上面流过的路径就越短，损耗在芯片上的能量也就随之降低。

有人说，IGBT并不是一个理想开关，原因在于它在导通之时有 饱和电压——Vcesat，造成导通损耗 ；在开关时也有开关能 耗——Eon和Eoff。 IGBT在它们的打击下性能减弱。若IGBT受到的损耗降低，整车电耗也将明显降低。

概括说来， 为了降低整车电耗，必须有意将Vcesat和开关损耗降到更低。

Vcesat和Eoff是一对矛盾体，对同一代的IGBT技术来讲，Vcesat做小，Eoff就高了，反之亦然。它们必须相互妥协，相互折衷。这一点就比较考验制造商的能力了。

基于场终止技术设计的IGBT芯片（又被称为软穿通或者轻穿通IGBT），在NPT基础上增加了复合场终止层，将芯片厚度减薄。

如比亚迪4.0代IGBT，从原来的180um减薄至120um（约两根头发丝直径）。为了减少能耗，比亚迪的解决方案是， 增加复合场终止层，减薄N-漂移区（漂移区的正向压降与厚度密切相关） 。

场终止层是为了能够截止电场。

“通过一个 多层的场终止结构 ，优化电阻分布”。N-漂移区更薄， 电阻越小，Vcesat损耗更低 ；更薄N-层导通时存储的 过剩载流子总量更少 ，缩短关断时间，减少关断损耗。最终达到一个整体电耗的降低。

比如比亚迪4.0IGBT，与2.5代相比，比亚迪IGBT 4.0代Eoff降低了30%，而且Vcesat也从2.25V降至2.05V。与主流产品相比，它在Vcesat和Eoff之间的平衡能力也更优异。

通过精细化平面栅设计，将IGBT元胞的面积缩小 51%（元胞的功能是降低导通压降、增加输出功率）。通常，一个IGBT芯片在结构上是由数十万个元胞组成。于是，元胞面积缩小后，同样的芯片中可包含更多的元胞， 电流密度也由此提升2 0%。

与此同时，驱动门极（电压高低，决定门极给出开还是关的信号）启动的功率更低，并且加快开关速度，同样有利于降低整车能耗和系统干扰。

功率半导体企业业已预见到，IGBT的硅基材料性能可能无法满足未来更高的需求。现在，它们已开始寻求更低芯片损耗、更强电流输出能力、更耐高温的全新半导体材料。如半导体材料SiC（高纯碳化硅粉）。

SiC能将新能源车的效率再提高10%，这是新能源车提高效率最有效的技术。

目前限制SiC应用主要是两方面，一是价格，其价格是传统Si型IGBT的6倍。其次是电磁干扰。 SiC的开关频率远高于传统Si型IGBT，回路寄生参数已经大到无法忽略。

对日本厂家来说，SiC基板都没有丝毫难度，三菱、丰田、罗姆、富士电机、日立、瑞萨、东芝都有能力自己制造，全部是内部开发的技术。意法半导体技术也不错。

车用IGBT的散热效率要求比工业级要高得多，逆变器内温度最高可达大20度，同时还要考虑强振动条件，车规级的IGBT远在工业级之上。

工业级IGBT与车规级IGBT对比：

解决散热的第一点，就是 提高 IGBT模块内部的导热导电性能、 耐受功率循环的能力， IGBT模块内部引线技术经历了粗铝线键合、 铝带键合再到铜线键合的过程，提高了载流密度。

第二点，新的焊接工艺，传统焊料为锡铅合金， 成本低廉、工艺简单， 但存在环境污染问题， 且车用功率模块的芯片温度已经接近锡铅焊料熔点（220℃）。

解决该问题的新技术主要有： 低温银烧结技术和瞬态液相扩散焊接 。与传统工艺相比， 银烧结技术的导热性、耐热性更好， 具有更高的可靠性。

瞬态液相扩散焊接通过特殊工艺形成金属合金层， 熔点比传统焊料高， 机械性能更好。三菱则使用超声波焊接。

第三点，改进DBC和模块底板，降低散热热阻， 提高热可靠性， 减小体积，降低成本等。以 AlN 和 AlSiC 等材料取代 DBC 中的Al2O3和Si3N4等常规陶瓷，热导率更高，与Si 材料的热膨胀系数匹配更好。

此外，新型的散热结构，如 Pin Fin结构 和 Shower Power结构， 能够显著降低模块的整体热阻，提高散热效率。

第四就是扩大模块与散热底板间的连接面积，如端子压接技术。

IGBT的正面工艺和标准BCD的LDMOS没区别，区别在背面，背面工艺有几点：

首先是 减薄 ，大约需要减薄6-8毫米，减得太多容易碎片，减得太少没有效果。接下来是 离子注入 ，注入一层薄磷做缓冲层，第四代需要两次注入磷，本来硅片就很薄了，两次注入很容易碎片。然后是 清洗 ，接下来 金属化 ，在背面蒸镀一层钛或银，最后是 Alloy ，因为硅片太薄，很容易翘曲或碎片。英飞凌特别擅长减薄技术。

IGBT关断时容易在过压、过流条件下出现动态雪崩电流丝化问题，若发展为二度动态雪崩 （标志是集电极—发射极电压关断波形出现 负阻凹陷区 ）则会把器件引入具有失效危险的工作区。而工业生产中通常采用 减薄芯片结合提高基区电阻率（降低掺杂浓度）的方法来改善IGBT关断能耗Eoff 与通态压降VCE（on）的折中关系，很容易诱发动态雪崩现象，直接影响器件的坚固性和安全工作区（SOA）面积。

通过对器件内部动态雪崩电流成丝信息的提取和分析，可以分析不同漂移区厚度d和掺杂浓度ND对动态雪崩电流成丝程度的影响，在ND　－　d平面上定量确定了漂移区设计中的二度动态雪崩临界线，明确区分了二度动态雪崩区与安全区。

背面设计方面， 降低背P区掺杂浓度和降低场终止层掺杂浓度这两种方案都有利于临界线向扩张安全区的方向变动 ，让原处于二度动态雪崩区的危险设计点变得安全；前者改善电流分布均匀性的效果更明显，但在应用条件需要避免高换相dv／dt时，采用后一种方案更为合适。

门极驱动电路的作用：放大输出功率，以达到驱动IGBT功率器件的目的。

降低门极电量能减少驱动电路带来的能耗，提高开关速度，更小的门极振荡。

最小门极电阻确定了最大门极峰值电流。增大门极峰值电流能减小开关时间，从而降低开关损耗。 但最大的门极峰值电流又受限于驱动的输出能力。驱动的规格书中一般会定义最大门极电流输出能力，即定义了最小允许的门极电阻，应用中应考虑这个因素避免驱动过载失效。

IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT 关断。

如果提高开通门极电压+VGE，开通速度会上升，开通损耗会下降。相反，开通时的噪声干扰会增加。同样，如果提高关断门极电压-VGE，关断速度会上升，关断损耗会下降。相反，关断时的浪涌电压及噪声干扰会增加。

丰田19，国内只有8，差距很大。

IGBT是英文单词Insulated Gate Bipolar Transistor，它的中文意思是绝缘栅双极型晶体管。从功能上来说，IGBT就是一个电路开关，优点就是用电压控制，饱和压降小，耐压高。用在电压几十到几百伏量级、电流几十到几百安量级的强电上的。而且IGBT不用机械按钮，它是由计算机控制的。所以有了IGBT这种开关，就可以设计出一类电路，通过计算机控制IGBT，把电源侧的交流电变成给定电压的直流电，或是把各种电变成所需频率的交流电，给负载使用。这类电路统称变换器。IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点；当前市场上销售的多为此类模块化产品，一般所说的IGBT也指IGBT模块；随着节能环保等理念的推进，此类产品在市场上将越来越多见；IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。向左转|向右转扩展资料；方法IGBT是将强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET 器件大幅度改进了RDS(on)特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT技术高出很多。较低的压降，转换成一个低VCE(sat)的能力，以及IGBT的结构，同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。导通IGBT硅片的结构与功率MOSFET 的结构十分相似，主要差异是IGBT增加了P+基片和一个N+缓冲层(NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分)。其中一个MOSFET驱动两个双极器件。基片的应用在管体的P+和 N+区之间创建了一个J1结。当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内，那么，J1将处于正向偏压，一些空穴注入N-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，这种方式降低了功率导通的总损耗，并启动了第二个电荷流。最后的结果是，在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流(MOSFET电流)；一个空穴电流(双极)。关断

当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N-区内。在任何情况下，如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是因为换向开始后，在N层内还存在少数的载流子(少子)。这种残余电流值(尾流)的降低，完全取决于关断时电荷的密度，而密度又与几种因素有关，如掺杂质的数量和拓扑，层次厚度和温度。少子的衰减使集电极电流具有特征尾流波形，集电极电流引起以下问题：功耗升高；交叉导通问题，特别是在使用续流二极管的设备上，问题更加明显。鉴于尾流与少子的重组有关，尾流的电流值应与芯片的温度、IC 和VCE密切相关的空穴移动性有密切的关系。因此，根据所达到的温度，降低这种作用在终端设备设计上的电流的不理想效应是可行的。

4月14日晚间，比亚迪发布公告称，公司近期已经通过下属子公司间的股权转让和业务划转，完成对全资子公司深圳比亚迪微电子有限公司（下简称“比亚迪微电子”）的内部重组。并且比亚迪微电子已于近期正式更名为比亚迪半导体有限公司（下简称“比亚迪半导体”），未来，更名后的公司拟以增资扩股等方式引入战略投资者，积极寻求于适当时机独立上市。

根据公告显示，通过内部重组，比亚迪微电子受让宁波比亚迪半导体有限公司100%股权和广东比亚迪节能科技有限公司100%股权，并收购惠州比亚迪实业有限公司智能光电、LED光源和LED应用相关业务。重组后比亚迪将完成半导体业务的聚焦和深度整合。

同时，比亚迪还宣布，为增强比亚迪半导体的独立性，推动比亚迪半导体长期持续发展，公司副总裁陈刚已经在昨日（4月14日）向比亚迪股份董事会提交书面辞职报告，申请辞任公司副总裁职务，辞任后其将专职担任比亚迪半导体董事长及总经理职务，专注于比亚迪半导体的经营发展。

根据资料显示，比亚迪半导体主要业务涵盖功率半导体、智能控制IC、智能传感器及光电半导体的研发、生产及销售，拥有包含芯片设计、晶圆制造、封装测试和下游应用在内的一体化经营全产业链。

在新能源汽车芯片领域，比亚迪半导体已掌握自主可控的车规级IGBT模块。 IGBT全称为Insulated Gate Bipolar Transisto，即绝缘栅双极晶体管，IGBT模块作为核心高压控制开关组件，广泛用于新能源汽车电控系统和充电桩领域。

根据业内主流说法，IGBT模块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%，是电动汽车除电池以外第二高成本的元件。能够直接影响电机功率释放速度、车辆加速能力和峰值规律，可以看做汽车的“CPU”。

据了解，2008年，比亚迪收购了宁波中纬半导体晶圆厂，开始自主研发的车规级IGBT芯片，经过十余年的发展，比亚迪已经成为国内能够自主制造车规级IGBT模块的公司。

对此，据比亚迪表示，未来将以车规级半导体为核心，同步推动工业、消费等领域的半导体发展，成为高效、智能、集成的新型半导体供应商。

针对半导体业务拟引入战略投资者，比亚迪称是根据自身战略定位及未来发展规划，将使公司半导体业务在独立运营下获得更快发展。采用多元化股东结构将扩充其资本实力，实现产能扩张。

据公告内容显示，未来比亚迪半导体将仍为比亚迪旗下的控股子公司。在充分利用资本市场融资平台的同时，还将积极寻求于适当时机独立上市，建立独立的资本市场平台和市场化的激励机制。

除了半导体业务之外，据比亚迪表示，接下来还将继续加快推进其他下属子公司业务的市场化，充分释放比亚迪下属子公司市场潜力，提升公司整体价值。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

IGBT是英文Insulated Gate Bipolar Transistor的缩写，全称为绝缘栅双极型晶体管，简称IGBT), 通常用代号“G”表示。主要有集电极（C级），门级（G级），发射级（E级）。IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP(原来为NPN)晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT关断。

IGBT全称是：绝缘栅双极型场效应晶体管，它是一种场效应管。它具有驱动简单，输入阻抗高，速度快等特点。

场效应管的种类很多，IGBT其实是BJT和MOSFET的复合，光从外表上看不出来，都是三个引脚封装的，管子上面的型号可以说明它属于哪一种。

一般此类功率器件多数是并联来提高工作电流，而串联只能升高工作电压，而要提高工作电压可以选择耐压较大的管子，不必用管子来串联提高，没有必要！至于是否能加管子那要看电路的功率余量（电源、输出、驱动）一般是不行的。

特点

与双极型晶体管相比，场效应管具有如下特点。

（1）场效应管是电压控制器件，它通过VGS(栅源电压)来控制ID（漏极电流）。

（2）场效应管的控制输入端电流极小，因此它的输入电阻（107～1012Ω）很大。

（3）它是利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好。

（4）它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数。

（5）场效应管的抗辐射能力强。

以上内容参考：百度百科-场效应管