比亞迪量產IGBT 助新能源大跨步發展

[愛卡汽車 科技頻道 原創]

新能源汽車成為未來發展的必然趨勢已毋庸置疑，然而新能源汽車若想完全代替傳統燃油車，目前仍需解決諸多問題。例如產品的續航能力、成本、電子元件的可靠性、穩定性、耐用程度等方面，仍存在硬傷。

目前制約新能源行業發展的有兩大瓶頸，一是動力電池，另一個就是IGBT。電池產業在當下發展較快，2017年國內動力電池產量達44.5GWh，基本可以滿足國內市場的需求。而IGBT作為新能源車的「CPU」，國內發展嚴重滯後，並長期被國際巨頭壟斷，90%的份額掌握在英飛凌、三菱等海外巨頭手中。未來，隨著新能源車的快速增長，IGBT的市場供應將更加緊張。

什麼是IGBT？

那麼什麼是IGBT？IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)全稱「絕緣柵雙極型晶體管」，是影響電動車性能的關鍵技術，是新能源車的「大腦」，其成本約占整車成本的5%。

生產中的IGBT晶圓

晶圓上的晶片集合在了V-315模塊上，此模塊將被安裝在汽車上。同時，這款V-315模塊是目前新能源汽車領域裝車量最多的全橋IGBT模塊。

IGBT的好壞直接影響電動車功率的釋放速度：直接控制直、交流電的轉換，同時對交流電機進行變頻控制，決定驅動系統的扭矩（直接影響汽車加速能力）、最大輸出功率（直接影響汽車最高時速）等。所以，可以說IGBT與新能源車的關係就如同CPU與電腦，是新能源汽車最核心的技術。

大陸IGBT為何發展如此緩慢？

IGBT因技術難、投資大，與動力電池一樣，被業內稱為新能源汽車核心技術的「珠穆拉瑪峰」，長期以來制約了新能源汽車的大規模商業化。總結來說，IGBT晶片的難點共有兩個方面。

一是IGBT需要極其嚴格的工藝指標。IGBT晶片僅有人的指甲大小，但卻要在其上蝕刻十幾萬乃至幾十萬的微觀結構電路，它雖然是一個開關器件，但涉及到的參數多達十幾個，很多參數之間是相互矛盾，需要根據應用折衷考慮。並且晶圓製造工藝難度很大，最主要體現在薄片加工處理上。採用最新的1200V FS技術的IGBT，需要將晶圓減薄到120um（約兩根頭髮絲直徑）的厚度，再進行10餘道工序加工。此外晶圓製造的廠房潔淨度要求非常高，需要一級淨化。一個零點幾微米的微塵掉落在晶圓上，就會造成一顆IGBT晶片失效。

二是要想做到IGBT的量產並非朝夕之功。由於IGBT擁有極其高要求的製造工藝，所以需要長時間的大量論證和試驗，並且這種核心技術無法從海外購得，只能通過長時間自主研發才可以做到。所以需要企業擁有長遠眼光，盡早布局。

比亞迪何以做到IGBT的大規模量產？

比亞迪能成為國內首家車規級IGBT量產的企業，得益於它在此領域的較早布局。早在2005年，比亞迪便組建IGBT研發團隊，正式進軍IGBT領域。2008年10月，比亞迪收購寧波中緯半導體晶圓廠，為將來的量產做好了準備。2009年9月，比亞迪IGBT晶片通過了中國電器工業協會電力電子分會組織的科技成果鑒定，打破了國際巨頭的技術壟斷。目前，比亞迪是中國唯一一家擁有完整IGBT產業鏈的車企：包含IGBT晶片設計和製造，模組設計和製造，大功率器件測試應用平台，電源及電控等。

此外，比亞迪還擁有一個除塵規模為一級的晶圓工廠，而此次活動，我們還有幸進入了比亞迪在寧波的半導體晶圓工廠進行參觀。親自感受到了製作IGBT的神奇和嚴苛的IGBT生產過程。

比亞迪推出IGBT4.0，告別「卡脖子」時代

比亞迪此次推出的IGBT4.0，其性能遠遠高於自家此前使用的IGBT2.5，同時在一些關鍵指標上也超越了目前市場上使用的主流產品。在晶片損耗、模塊溫度循環能力、電流輸出能力等關鍵指標上，比亞迪IGBT4.0產品達到了全球領先水平，使中國的新能源發展告別了國外廠商「卡脖子」的時代。它的領先之處主要表現在三方面。

IGBT4.0擁有更低的能耗、更大的功率輸出能力，更加穩定可靠和耐用。表現在汽車上則是更長的續航里程、更強勁的動力水平、以及更高的安全性和更低的故障率。

1. 電流輸出能力較當前市場主流的IGBT高15%，支持整車具有更強的加速能力和更大的功率輸出能力。

2. 同等工況下，綜合損耗較當前市場主流的IGBT降低了約20%。這意味著電流通過IGBT器件時，受到的損耗降低，使得整車電耗顯著降低。以比亞迪全新一代唐為例，在其他條件不變的情況下，僅此一項技術，就成功將百公里電耗降低約3%。

3. 溫度循環壽命可以做到當前市場主流IGBT的10倍以上。這意味著比亞迪電動車在應對各種極端氣候、路況時，能有更高的可靠性和更長的使用壽命。

以全新一代唐DM為例，在其他條件不變的情況下，採用比亞迪 IGBT4.0較採用當前市場主流的IGBT，百公里電耗少約3%。這也就意味著，在不增加電池容量的前提下，唐DM的續航能力會得到提升。

此外，IGBT為比亞迪提供對電流的準確、有效控制，使得比亞迪全新一代唐DM得以做到百公里加速4.5s、全時電四驅、百公里油耗2L以內的表現。

在剛剛結束的2018廣州車展上，比亞迪全新一代唐EV正式對外預售，補貼後預售價格區間為26-36萬元。得益於比亞迪IGBT核心技術的加成，新車百公里加速4.4s、綜合工況續航里程預計超過500km。

放眼未來，布局第三代半導體材料碳化矽

IGBT雖然有許多優勢，但是隨著新能源車性能的不斷提升，對功率半導體組件也提出了更高的要求，當下的IGBT也將逼近矽材料的性能極限。尋求更低晶片損耗、更強電流輸出能力、更耐高溫的全新半導體材料，已成為學界和業界的普遍共識。

比亞迪SiC（碳化矽）晶圓

比亞迪投巨資布局第三代半導體材料SiC（碳化矽）, 目前已大規模用於車載電源, 預計2023年採用SiC基半導體全面替代矽基半導體（如矽基IGBT），將整車性能在現有基礎上再提升10%。

憑借更加優異的性能，SiC基半導體取代矽基半導體將是大勢所趨，預計未來幾年矽基IGBT將在汽車領域逐步被淘汰。 比亞迪投巨資布局SiC基半導體，整合全產業鏈：材料（高純碳化矽粉）、單晶、外延、晶片、封裝等。比亞迪已經成功研發了晶片損耗更低、電流輸出能力更強的SiC MOSFET（SiC基半導體的一種），目前已大規模用於車載電源，2019年底將推出中國首輛SiC電控的電動車。

編輯點評：比亞迪從十多年前開始IGBT研發，打破了國外巨頭的壟斷。到今天領先世界的IGBT4.0發布，為中國汽車工業做到彎道超車提供了強大的中國芯，未來，比亞迪還將通過碳化矽做到產業的再向上。這不由得讓人想起擁有海思處理器的華為，核心技術的自主掌握，是企業走向世界、引領世界的必要條件，相信比亞迪在未來會像華為一樣，成為引領世界發展的中國企業。