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芯片知識產權模塊

視頻開始前,鯨魚問大家:

妳認為電動汽車的核心部件是什麽?

給妳幾個選擇

1.電池

2.發動機

3.其他組件

我想目測選擇2的人會更多,先恭喜妳回答正確!

但是妳知道電機的核心部分是什麽嗎?

嗯,它就是我們視頻的主角——IGBT芯片。

那麽誰是IGBT?

所謂IGBT就是絕緣柵雙極晶體管。

它是由BJT即雙極結型晶體管和MOS即絕緣柵場效應晶體管組成的全控壓驅動功率半導體器件。

妳是不是有點頭暈?

首先,鯨會給大家科普下半導體器件的分類。

主要有兩種分類方法,是否可控和駕駛模式。

內部是否可控和細分:

不可控型,即不能用控制信號控制,比如普通的功率二極管。

半控型,即能控制導通,但不能控制關斷,如普通晶閘管。

完全受控,即可以控制它的開和關,如IGBT。

在驅動方式上,又分為電流驅動,即可以用電流信號控制,如三極管BJT。

電壓驅動,即它可以由電壓信號控制,如IGBT。

細心的粉絲可能會註意到,鯨,我前面提到IGBT是晶體管,那麽它是芯片嗎?

我們以華為麒麟990 5G芯片為例。

它的芯片面積是113.31 mm2,這麽小的地方集成了多達103億個晶體管。

可以看出,芯片是由大規模晶體管組成的,所以嚴格來說,單個IGBT不能歸為芯片,而是功率半導體器件。

現在壹般來說,IGBT芯片是由IGBT功率器件和許多其他東西組成的。

IGBT的主要工作是控制和傳輸電能。

可處理6500W以上的功率,僅需1秒即可實現65438+百萬次電流切換動作。

不要小看它的功能!

目前電動汽車不需要設計發動機、變速箱等復雜的機械系統,IGBT的存在就是壹大成就。

而IGBT芯片和我們每天提到的7 nm、5 nm集成電路芯片壹樣,也是國家02專項的重點支持項目。“02專項”是指“十二五”期間16國家重大技術突破中的第二名。

換句話說,這個芯片是目前電力電子器件中最先進的產品。

以我們常用的電腦為例。

如果計算機要進行高速運算,它需要壹個中央處理器。

那像我們的高鐵或者電動車這樣的驅動也需要壹個轉換電流的裝置,IGBT就是這樣壹個電能轉換的CPU。

據統計,中國總發電量的60%用於各種類型的電機。

如果采用IGBT器件對電機進行變頻調速,電機消耗的電能可節約約1/3,可節約全國總發電量的20%,相當於新建5座三峽大壩的效率。

根據工作電壓,IGBT模塊壹般分為三類。

600伏以下的低電壓

中壓600伏-1200伏

高壓1700V-6500V

低壓IGBT模塊通常用於消費電子和汽車零部件領域。

中壓IGBT模塊壹般用於新能源汽車、工業控制、家用電器等領域。

高壓IGBT模塊壹般用於軌道交通、新能源發電、智能電網等領域。

電動汽車方面,IGBT已經成為電動汽車電驅動系統的大頭,成本直接占到壹半。

電驅動系統在整個電動汽車中的成本約為15-20%,也就是說僅IGBT就占整車成本的7-10%。

IGBT有多重要?

形象點說,就像妳宿舍裏管電源的大叔。

什麽時候打開電源,什麽時候打開開關,妳都很熟悉。給多少電都沒關系。如果用電不規範,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DC和AC之間的轉換。確定驅動系統的扭矩和最大輸出功率。所以妳的車的加速能力,最高時速,能效都取決於它。

例如:

例如,在電動汽車特斯拉Model 3上,電源由密集的電池提供,電池提供400伏DC。

而電動車的電機必須使用交流電,改變交流電的頻率就可以改變電機的轉速,從而精確控制車輛的速度和加速度,這都要歸功於IGBT。

再比如高鐵。

列車運行時,需要在短時間內將速度從零提升到300公裏以上,或者在極短時間內平穩地停止高速運行的列車。

這個看似簡單的加減速過程,需要壹系列相關的傳動設備、牽引變流器等電氣設備。而這就需要保證各種設備所需的電流和電壓都是極其準確可靠的。

在目前的技術條件下,只有大功率的IGBT才能滿足這壹苛刻的要求。

而且在減速過程中,通過IGBT的作用,可以將列車減速產生的能量轉化為電能,回饋給電網。

可以說,IGBT裝置是列車運行的“心臟”。

那麽發展IGBT很難嗎?

就像傳統的手機芯片開發壹樣。

IGBT產業的上遊產業主要包括半導體材料,如矽片、光刻膠等。和相關設備,例如掩模對準器、蝕刻機等。

按照芯片制造的流程,IGBT產業可以分為三個部分:芯片設計、晶圓制造、模塊封裝和測試。

不過,相對於手機芯片的制造技術和設備,IGBT芯片的要求並沒有那麽高。

此外,不同功率等級的IGBT芯片也有不同的尺寸。壹般來說,功率級別越高,芯片尺寸越大。

目前IGBT產品最有競爭力的生產線是8英寸和12英寸。

世界領先的制造商是德國英飛淩公司,該公司在12英寸生產線上批量生產IGBT產品。

國內大部分晶圓廠商還停留在6寸產品階段。目前,中國已有深圳比亞迪、株州CRRC時代、華虹李鴻實現8英寸產品量產。但其產品的良品率與國際領先水平仍有壹定差距。

最後,IGBT工業的下遊產業。

它包括廣泛的應用市場。IGBT廣泛應用於工業控制、新能源汽車、消費電子、電力存儲、軌道交通、家用電器等領域。

IGBT技術長期被少數經濟發達國家壟斷。

例如,中國鐵道車輛使用的IGBT模塊全部從德國和日本進口,尤其是在高檔IGBT設備上。

2008年,中國第壹條京津間的高鐵開通,隨後更多的高鐵線路開通,因此對IGBT的需求成倍增長。

壹輛8列車標準動車組需要152個IGBT芯片,僅這壹個芯片的成本就高達近200萬元。中國高鐵制造每年需要從國外采購超過10萬個IGBT模塊,采購資金超過6543.8+02億元。

2014年6月,經過6年的不懈努力,我國自主研發、擁有完全知識產權的8英寸IGBT芯片成功下線。

打破大規模半導體沒有自主芯片的歷史,標誌著我們的高鐵有了第壹個“中國芯”。

最後,鯨魚,我想說:

十多年前,IGBT芯片基本上由歐洲和日本主導。

高鐵的IGBT被日本三菱重工壟斷,電動車的IGBT被德國英飛淩壟斷。

如今,國內各企業已經開始加大自主研發IGBT芯片的力度。其中比較著名的有深圳比亞迪、株州CRRC時代電氣、杭州士蘭威等。

目前復興號涉及的高速動車組254項重要標準中,中國標準占84%。

高鐵跑得快,全靠電機帶。

復興號的心臟也是牽引電機。它有1152個IGBT芯片。目前,株州CRRC自主研發的生產線每年可生產50萬片IGBT芯片。

中國CRRC生產的IGBT芯片不僅能滿足自身需求,還能滿足出口國外的標準,達到了世界壹流水平。

不得不說,中國標準的意義在於每壹次核心突破,都帶動了整個體系的升級。而每壹個系統的升級,最終讓中國制造走向世界。

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