新能源汽車，一個(gè)越來(lái)越引人關(guān)注的話題，節(jié)能，環(huán)保估計(jì)是其產(chǎn)生和流行的最重要的因素，全球的電動(dòng)汽車銷量相對(duì)于傳統(tǒng)燃油車的比例越來(lái)越大，而中國(guó)依然成為全球增長(zhǎng)速度最快的國(guó)家，2016年我國(guó)的電動(dòng)汽車產(chǎn)量超50萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)2020年電動(dòng)汽車的生產(chǎn)能量會(huì)達(dá)到200萬(wàn)量，保有量可能會(huì)有500萬(wàn)輛，約占全球電動(dòng)汽車的四至五成。
而電動(dòng)汽車飛速發(fā)展，也帶動(dòng)了其所需配套零件的發(fā)展，而其中最重要的核心部件，想必大家也猜到了，我們最關(guān)心的大功率開(kāi)關(guān)器件——IGBT模塊。相對(duì)于電動(dòng)汽車這樣的產(chǎn)品，電壓等級(jí)、功率等級(jí)、極限工況、可靠性、使用壽命和成本等都對(duì)其使用的IGBT模塊提出了很高的要求，同時(shí)也是很大的挑戰(zhàn)，各大模塊廠商也紛紛推出自己的汽車級(jí)IGBT模塊。今天我們就來(lái)聊聊主要廠家的IGBT模塊技術(shù)和相關(guān)情況。
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電動(dòng)汽車級(jí)IGBT特點(diǎn)
電動(dòng)汽車大致可以分為乘用車、商用車、物流車等，它們的驅(qū)動(dòng)大致分為純電動(dòng)、混合動(dòng)力和燃料電池動(dòng)力等。下表列出了電動(dòng)汽車的電機(jī)控制器和IGBT模塊的基本要求：
相對(duì)于工業(yè)IGBT模塊，電動(dòng)汽車對(duì)于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率密度、驅(qū)動(dòng)效率等具有更高的要求，也存在著相應(yīng)的難點(diǎn)：
?、佘囕v運(yùn)行時(shí)，特別實(shí)在擁堵的路況時(shí)的頻繁啟停，此時(shí)控制器的IGBT模塊工作電流會(huì)相應(yīng)的頻繁升降，從而導(dǎo)致IGBT的結(jié)溫快速變化，對(duì)于IGBT模塊的壽命是個(gè)很大的考驗(yàn)；
②采用永磁同步電機(jī)的電動(dòng)汽車啟動(dòng)、駐車時(shí)，電機(jī)工作在近似堵轉(zhuǎn)工況，此時(shí)的IGBT模塊持續(xù)承受著大電流，從而會(huì)造成模塊的局部過(guò)熱，這對(duì)散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，所以汽車一般都是水冷(單面或者雙面)。
?、塾捎谲嚊r的不確定性，汽車級(jí)IGBT模塊在車輛行駛中會(huì)受到較大的震動(dòng)和沖擊，這對(duì)于IGBT模塊的各引線端子的機(jī)械強(qiáng)度提出了較高的要求；
?、苘圀w的大小限制，對(duì)于控制器的大小以及IGBT模塊的功率密度提出了更高的要求。
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電動(dòng)汽車IGBT芯片和模塊的現(xiàn)狀研究
IGBT芯片技術(shù)
針對(duì)上面的對(duì)汽車級(jí)模塊的特殊要求，IGBT芯片正朝著小型化、低功耗、耐高溫、更高安全性以及智能化的方向發(fā)展。目前最受流行的還屬國(guó)外的先進(jìn)企業(yè)，因?yàn)閲?guó)內(nèi)汽車級(jí)IGBT芯片技術(shù)起步較晚，同時(shí)受限于基礎(chǔ)工藝和生產(chǎn)條件，技術(shù)發(fā)展較慢，雖然目前也有國(guó)產(chǎn)汽車級(jí)芯片，但是相對(duì)市場(chǎng)份額不是很大，我們還是聊聊國(guó)外芯片技術(shù)，英飛凌、富士、三菱等均有開(kāi)發(fā)新一代的電動(dòng)汽車級(jí)IGBT芯片。下面兩張圖給出 了英飛凌和富士IGBT芯片的技術(shù)優(yōu)化路徑：
下表對(duì)比了英飛凌、富士、三菱三家公司新一代IGBT產(chǎn)品的工藝路線和關(guān)鍵指標(biāo)：
汽車級(jí)IGBT模塊封裝技術(shù)
對(duì)于IGBT芯片，可能被上面三家占了很大的份額，但是購(gòu)買芯片自主封裝也是現(xiàn)行的一種商業(yè)模式，比如說(shuō)丹佛斯Danfoss，就是一家專注封裝技術(shù)的公司，目前國(guó)內(nèi)汽車模塊也能看到Danfoss的模塊。
IGBT的封裝技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制器高溫運(yùn)行、高可靠性、高功率密度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涉及到芯片表面互連、貼片互連、導(dǎo)電端子引出互連等相關(guān)工藝。目前IGBT模塊封裝的研究主要集中在新型互連材料、互連方式等相關(guān)工藝參數(shù)優(yōu)化等，主要是為了增強(qiáng)模塊的散熱能力、減小體積，同時(shí)提高可靠性。