IGBT和替换品碳化硅到底是什么？

一直以来，很多人都认为新能源汽车的关键是电池，甚至“三电”之中，电池始终排在**位，但事实上，新能源汽车，尤其是中国新能源汽车发展*有提升空间的，当属驱动电机。

2018年12月16日，在中国电动汽车百人会论坛媒体吹风会上,中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高院士结合《“十三五”新能源汽车重点专项》年度总结，介绍了有关新能源汽车技术的发展情况，在驱动电机方面，欧阳明高指出：碳化硅将取代IGBT。

等等，IGBT是什么?碳化硅又是什么? 与驱动电机是什么关系?

IGBT是什么?

发明于上个世纪 80 年代初的IGBT，学名绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor)，是国际上公认的电力电子技术第三次*具代表性的产品。

形象地说，IGBT是一个控制电能的上等开关，能决定整车的能源效率;简单点理解，它就是电力电子行业里的“CPU”。

一般而言，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*贵的部件。

不仅电机驱动要用IGBT，新能源的发电机和空调部分也需要IGBT。不仅是新能源汽车，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。

中国IGBT发展

这么重要的高科技，在中国是怎么样的呢?

如你所料，长期以来，IGBT的核心技术都掌握在欧美和日韩手里。为了实现技术突破，“十二五”期间国家16个重大技术突破专项中，排在**位的就是IGBT。

2008年，中车时代电气股份有限公司收购了世界上*早进行IGBT技术研发的英国丹尼克斯半导体公司75%的股权。

2009年9月，比亚迪IGBT芯片通过了中国电器工业协会电力电子分会组织的科技成果鉴定。

2014年，中车株洲所造出了具有完全知识产权的8英寸IGBT芯片，从此中国高铁和新能源汽车开始有了“中国心”。

2015年，中车IGBT变流器**出口海外，拿到了印度100辆机车的订单。

2018年3月，中车时代电气IGBT模块击败国际竞争对手，再次获得印度1000只订单。

除了印度、中车自主的IGBT芯片还在马来西亚;在俄罗斯、意大利及中欧市场有了小批量订单。

2018年12月10日，比亚迪发布了IGBT4.0技术，据介绍，该产品具有更大的输出功率、更小的综合损坏，更高的可靠性，以及更长的使用寿命。

中外IGBT差距

正因为有了中车、比亚迪和众多企业坚持不懈的攻关和研发，中国IGBT关键核心器件已经被攻克，而且市场份额不断上升，据欧阳明高院士介绍：到2018年，大约40%的IGBT来自中国企业。

但实际上，我们的差距还是比较明显的。中国IGBT的发展之路势必充满荆棘。

据2016年国际调研机构公布的报告，德国英飞凌以全球24.5%的份额居榜首，日本三菱电机以24.4%的份额位列全球**，富士电机(FujiElectric)以12.2%的占有率夺得季军。

此外，日本的日立、东芝，美国的仙童、欧洲的赛米控(西门康)、ABB等都在国际上排名靠前。中车大概位列第十名左右。

那么，我们的IGBT和国外先进的IGBT相比，差距在哪里呢?

首先，从技术、工艺、效率、材料等多个方面，我们都还是有明显不足的。举例来说，比亚迪有自己的IGBT,比亚迪经济型车使用的是自有的IGBT，但优异车型会采用进口产品，因为进口产品电耗会更低一点。

具体点说，IGBT的技术关键有两点，一是散热，二是背板工艺。而其中*关键的材料科学，是中国的薄弱点，日本的优越项。

IGBT的下一代SiC(碳化硅)

日本更优越的技术是碳化硅。

丰田曾经公开表示：SiC具有与汽油发动机同等的重要性。从上世纪80年代开始，丰田就在研究SiC，比国际同行提前30年。

是什么原因让丰田这么重视碳化硅呢?毕竟目前SiC材料的成本据估算是IGBT的8-10倍。

因为碳化硅是一个更先进的做控制器的电力电子芯片，可以通过大幅度提高电机的转速实现电机比功率的升高，它的频率和效率可以做到很高、体积可以非常小，比现在的IGBT要减少大概70—80%。

参照美国能源部2025年目标，电机的功率密度是50千瓦/升，碳化硅控制器是100千瓦/升。

碳化硅还具有在高频率时损耗低的优势，能将车辆的效率再提高10%左右，这还意味着续航里程可以得到同样的提升，电池成本有可能大幅下降。

在应用方面，特斯拉Model3使用的控制器就是碳化硅，比亚迪也宣布已投入巨资布局第三代半导体材料SiC。此外，国内还有多家团队开始产业化。

估阳明高院士估计，到2025年会碳化硅将取代IGBT。这个时间表，中国将与世界同步。