電動(dòng)汽車(chē)對(duì)IGBT模塊的要求，以及三菱電機(jī)的應(yīng)對(duì)措施

截至2017年，我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)、新能源汽車(chē)銷(xiāo)售量已達(dá)到77萬(wàn)輛，保有量超過(guò)160萬(wàn)輛，占世界的半壁江山。2017年主要新能源車(chē)企的銷(xiāo)量排名中，比亞迪和北汽超過(guò)特斯拉和寶馬，分別位居第一和第二，并且前20名家企業(yè)中，中國(guó)就有10家。業(yè)界一致認(rèn)為，電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、輕量化構(gòu)成了未來(lái)汽車(chē)的發(fā)展方向，電動(dòng)化平臺(tái)更是汽車(chē)新技術(shù)的基礎(chǔ)。

IGBT作為新能源汽車(chē)動(dòng)力、電源系統(tǒng)中的核心器件，未來(lái)市場(chǎng)潛力巨大，各路新新企業(yè)紛紛涌入，而在IGBT領(lǐng)域具有領(lǐng)導(dǎo)地位的三菱電機(jī)自然不會(huì)放過(guò)這塊市場(chǎng)，未來(lái)將加大其在汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用。

在2018新能源與智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)創(chuàng)新發(fā)展論壇期間，大中國(guó)區(qū)三菱電機(jī)半導(dǎo)體功率器件應(yīng)用技術(shù)中心高級(jí)經(jīng)理何洪濤先生接受了《電子技術(shù)應(yīng)用》記著采訪，分析介紹了電動(dòng)汽車(chē)對(duì)IGBT模塊的要求，以及三菱電機(jī)的應(yīng)對(duì)措施，并分享了三菱電機(jī)在汽車(chē)級(jí)IGBT模塊的未來(lái)發(fā)展。

何洪濤先生

大中國(guó)區(qū)三菱電機(jī)半導(dǎo)體功率器件應(yīng)用技術(shù)中心高級(jí)經(jīng)理

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三菱電機(jī)IGBT史

三菱電機(jī)從事電動(dòng)汽車(chē)配套20多年，從最早的混合動(dòng)力開(kāi)始，豐田1997年推出普銳斯，三菱就開(kāi)始配套，至今三菱電機(jī)在機(jī)車(chē)配套總器件達(dá)到千萬(wàn)級(jí)。之前是提供模塊，近些年也有提供硅片的。三菱最早在日本主要提供客戶(hù)定制型的汽車(chē)級(jí)模塊，基于在日本市場(chǎng)長(zhǎng)期和汽車(chē)廠家的合作，在四、五年前開(kāi)始推出通用型的應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)的IGBT模塊。

目前三菱電機(jī)的IGBT模塊解決方案包括兩個(gè)系列：J系列和J1系列。J系列TPM模塊采用了三菱電機(jī)獨(dú)有的壓注模式模塊封裝技術(shù)，是一種二合一IGBT模塊，具有很高的可靠性，適合汽車(chē)嚴(yán)酷的運(yùn)行對(duì)IGBT高強(qiáng)度的壽命密切相關(guān)的要求，有650V/300A和600A兩款產(chǎn)品。J1系列EV PM采用了緊湊型Pin-fin結(jié)構(gòu)模塊封裝，是一種六合一IGBT模塊，具有很高的功率密度，有650V/1200V、300A~1000A等數(shù)款產(chǎn)品，可覆蓋30kW~150kW的電機(jī)峰值功率要求，這也是三菱電機(jī)在中國(guó)市場(chǎng)力推的一個(gè)系列。

未來(lái)新能源汽車(chē)內(nèi)部功率單元的集成度將越來(lái)越高，IGBT作為核心器件，其電流密度制約著整車(chē)的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。三菱電機(jī)J1系列EV PM是6in1模塊，通過(guò)改進(jìn)模塊內(nèi)部構(gòu)造和綁定線技術(shù)以及底板冷卻結(jié)構(gòu)，減小熱阻和封裝尺寸，提高功率密度。

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電動(dòng)汽車(chē)對(duì)功率模塊的要求

根據(jù)何洪濤先生的介紹，三菱電機(jī)主要針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)器件的要求做設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)控制，結(jié)合與其他整機(jī)廠家長(zhǎng)期以來(lái)的合作，總結(jié)出了電動(dòng)汽車(chē)對(duì)功率模塊的要求。

電動(dòng)汽車(chē)對(duì)功率模塊的要求

壽命問(wèn)題，相對(duì)工業(yè)品，汽車(chē)級(jí)功率模塊面臨的工況更惡劣，而時(shí)間壽命一般有10年12萬(wàn)公里的要求。對(duì)應(yīng)的IGBT最主要的是兩個(gè)參數(shù)：功率循環(huán)次數(shù)和熱循環(huán)次數(shù)，三菱采用DLB技術(shù)提高功率循環(huán)壽命，同時(shí)樹(shù)脂灌注封裝則可提高熱循環(huán)壽命。

品質(zhì)可靠性含有兩層意思，一層是故障率的問(wèn)題，一層是運(yùn)行可靠性的問(wèn)題。三菱IGBT芯片級(jí)的溫度及電流傳感器，使得保護(hù)更及時(shí)、更可靠。

緊湊型或者高功率密度即封裝的外觀、尺寸以及內(nèi)部的電流密度，三菱目前推出的J1系列的產(chǎn)品采用六合一模塊，實(shí)現(xiàn)超緊湊型封裝。

汽車(chē)還有其他的要求，如節(jié)能性、抗震性、易冷卻等，三菱都有對(duì)應(yīng)的處理。

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四大特點(diǎn)應(yīng)對(duì)汽車(chē)應(yīng)用

第一，高可靠性。設(shè)計(jì)理念和可靠性測(cè)試方面與傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域不同，要求更高。具體在指標(biāo)上，對(duì)于故障率，工業(yè)品是100fit，車(chē)載級(jí)是10fit。

第二，直接端子綁定技術(shù)（DLB）。車(chē)載級(jí)的IGBT模塊使用DLB代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋁綁定技術(shù)，增大硅片接觸面積，熱力分布更均勻，降低硅片的峰值溫度，降低熱應(yīng)力。沒(méi)有了傳統(tǒng)IGBT端子的兩個(gè)綁定點(diǎn)和焊接點(diǎn)，降低脫落的可能性，提高壽命期。

第三，車(chē)載的安全性。三菱結(jié)合IGBT保護(hù)的需要，提供內(nèi)部應(yīng)有的條件。IGBT保護(hù)主要是對(duì)電流和溫度的保護(hù)。傳統(tǒng)的一般短路保護(hù)是進(jìn)行退飽和保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)是NTC檢測(cè)，是利用一些IGBT的特性做的間接保護(hù)。通過(guò)測(cè)電壓間接反映電流，一般的保護(hù)，當(dāng)真正保護(hù)的時(shí)候電流可能上到七八倍甚至是十倍，風(fēng)險(xiǎn)過(guò)大。三菱電機(jī)是方案在硅片上集成溫度傳感器和發(fā)射極電流檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)快速、安全的過(guò)溫和短路檢測(cè)。

第四，高功率密度。與T-PM系列相比，汽車(chē)級(jí)模塊尺寸大概降了70%，重量減輕了40%，容量升了20%。未來(lái)三菱會(huì)陸續(xù)開(kāi)發(fā)一些新的技術(shù)，利用同樣的封裝，改一些材料，增加它的散熱性能，提高電流能力。另外借鑒現(xiàn)在新的材料，比如碳化硅，進(jìn)一步提高電流密度。

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IGBT的發(fā)展趨勢(shì)

談到IGBT的發(fā)展趨勢(shì)，何洪濤先生認(rèn)為主要在兩方面：一是ChiP，還有封裝技術(shù)的發(fā)展。

隨著芯片的發(fā)展，硅材料可能會(huì)被替代，只是到什么時(shí)候被替代還要看市場(chǎng)發(fā)展，就眼前的發(fā)展來(lái)說(shuō)會(huì)增加芯片的應(yīng)用。現(xiàn)在各廠家逐漸推出汽車(chē)上用的碳化硅，在不久的將來(lái)會(huì)陸續(xù)推出。

另外在封裝上如何與更多的廠家匹配，需要和整車(chē)廠充分交流，要找到不同廠家共性的東西，密切貼近具體的應(yīng)用市場(chǎng)。封裝的發(fā)展會(huì)和這個(gè)密切配合起來(lái)，推出更適合市場(chǎng)、競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)的產(chǎn)品。目前的封裝可能會(huì)考慮雙面散熱，因?yàn)殡p面散熱可以增加散熱效果，電密度可以做得更高，當(dāng)然前提條件是要解決安裝問(wèn)題。

由于三菱電機(jī)之前多做客戶(hù)型，而今面向中國(guó)市場(chǎng)主推的是通用型，按照中國(guó)市場(chǎng)的速度，需要想辦法提高產(chǎn)量以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。據(jù)悉，三菱工廠已經(jīng)在計(jì)劃擴(kuò)產(chǎn)，不止是在中國(guó)，在歐美也會(huì)增加，這些都在規(guī)劃中。