我們一直在強調“核心技術一定要掌握在自己手裡。”這是不管任何領域都在積極追求的目標，也是企業發展的重中之重。在汽車領域，尤其是電氣時代即將來臨的今天，越來越多的品牌開始研製自己的電動車型，越來越多的電動車相關技術進入了我們的視野，今天我們要說的IGBT就是電動車領域比較重要的一項技術。對了，值得一提的是，目前汽車領域所用的IGBT已經被比亞迪攻克，並掌握了核心技術。
12月10日，比亞迪在寧波發佈了在車規級領域具有標杆性意義的IGBT4.0技術，再一次展示出其在電動車領域的領先地位。這一晚，比亞迪將IGBT這個長期遊離於人們視野、但又堪稱電動車CPU的核心技術帶到了“聚光燈”下。在發佈會上，比亞迪還宣佈將佈局性能更加優異的第三代半導體材料SiC，並將加快其在電動車領域的應用。
發佈會現場
比亞迪IGBT4.0晶圓
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)全稱“絕緣柵雙極型晶體管”，其芯片與動力電池電芯並稱為電動車的 “雙芯”，是影響電動車性能的關鍵技術，其成本佔整車成本的5%左右。IGBT沒有放大電壓的功能，導通時可以看做導線，斷開時當做開路，可以理解為一個“非通即斷”的開關。IGBT是能源變換與傳輸的核心器件。採用IGBT進行功率變換，能夠提高用電效率和質量，是解決能源短缺問題和降低碳排放的關鍵技術。
對於電動車而言，IGBT直接控制驅動系統直、交流電的轉換，決定了車輛的扭矩和最大輸出功率等。
IGBT在電動汽車領域的應用面臨許多挑戰，包括更長的使用壽命、適應複雜的使用工況（氣溫、路況、頻繁啟停等），以及為了適應消費者需求，價格必須保持在合理區間等等。
相關數據顯示，但我國IGBT的發展卻嚴重滯後，中高端IGBT產能嚴重不足，長期依賴國際巨頭供應。隨著未來新能源汽車的發展，可以預見未來幾年全球車規級IGBT市場的供應將愈加緊張。
此外，作為主流的新型電力電子器件之一，IGBT在軌道交通、智能電網、航空航天、電動汽車、新能源裝備，以及工業領域等應用極廣，也同樣是這些應用中的核心技術。
而得益於在IGBT等核心技術領域的強大實力，比亞迪電動車的超凡性能得以落地並具備持續迭代升級的能力。
作為中國第一家實現車規級IGBT大規模量產、也是中國唯一一家擁有IGBT完整產業鏈的車企，此次發佈會上，比亞迪還釋放了另一重磅消息：比亞迪已投入巨資佈局性能更加優異的第三代半導體材料SiC（碳化硅），有望於2019年推出搭載SiC電控的電動車。預計到2023年，比亞迪旗下的電動車將全面搭載SiC電控。
比亞迪IGBT4.0
比亞迪推出IGBT4.0，引領車規級功率半導體發展
IGBT屬於汽車功率半導體的一種，因設計門檻高、製造技術難、投資大，被業內稱為電動車核心技術的“珠穆拉瑪峰”。此前，該技術主要掌握在國際巨頭手中。
為了突破IGBT的技術瓶頸，都有哪些開發難點呢？
第一，該項技術對芯片要求較高。IGBT芯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，僅能在顯微鏡下查看；它雖然是雖然是一個開關器件，但涉及到的參數多達十幾個，很多參數之間相互矛盾，需要根據應用折衷考慮。
同時，晶圓製造工藝難度大：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120微米的厚度，再經過10餘道工序進行加工。而且晶圓製造過程需要極高的潔淨度，車間廠房內需要一級淨化，其中之一標準為在1個立方英尺的空間內，超過0.5微米的顆粒不超過1顆。其製造用水標準也需達到超純水，為達到這個標準，需要經過20多層淨化。
製造IGBT難度極大，在大規模應用的1200V車規級IGBT芯片的晶圓厚度上，比亞迪處於全球先進水平，可將晶圓厚度減薄到120um（約兩根頭髮絲直徑）。
第二，IGBT模塊設計的難度較大，需要考慮材料匹配、散熱、結構、功率密度、外觀、重量等多項指標。在模塊的製造中，大面積芯片的無空洞焊接、高可靠性綁線工藝和測試等都是難點。
IGBT芯片打線
光刻膠塗布步驟
晶圓製造過程中的大束流離子注入
2017年全球電動車銷量大約500萬輛，共消耗了大約18億美元的IGBT管，平均每輛車大約為450美元。目前我國每年使用的IGBT，90%依賴進口。國際上主要的生產商是“西門子、英飛凌、仙童、三菱、富士、東芝”這些老牌大廠。而其中的“高壓大功率IGBT”更是電動車動力系統核心中的核心，國內目前能夠量產高壓大功率IGBT芯片並用於車輛生產的企業，只有兩家，而其中一家就是比亞迪！
能有這樣的突破也離不開我國電動車的發展，在政策驅動下我國新能源汽車及充電樁市場進入爆發期，中國IGBT產業在國家政策及重大項目的推動及市場牽引下加快了國產化的進程，目前已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整產業鏈。國內廠商不僅實現了技術突破，而且成功把國產化IGBT應用在新能源汽車中。而這裡說的國內廠商，最重要的一家就是比亞迪。
比亞迪和國內的一些廠商成功的打破了這一領域的壟斷，實現了國產化。
經過10餘年的技術積累，比亞迪IGBT不斷迭代更新。從2003年的到2005年組建IGBT研發團隊的以及到2009年推出IGBT，標誌著中國在IGBT技術上實現零的突破，打破了國際巨頭的技術壟斷，對於促進我國芯片產業以及新能源汽車產業的發展具有深遠影響。
2009年，比亞迪發佈IGBT 1.0技術，中間歷經2.0、2.5的層層迭代，如今的IGBT 4.0技術已經能夠在技術指標上超越競爭對手，達到世界領先水平：
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。此前，比亞迪電動車就以其優異的性能與穩定的可靠性，完成了從新疆吐魯番的高溫，到北歐的極寒、再到西藏高原的高海拔等全球最嚴苛自然環境的測試，並在全球300多個市場成功經歷了各種氣候、路況、駕駛習慣的考驗，得到廣泛認可。
比亞迪IGBT4.0較當前市場主流的IGBT：電流輸出能力高15%，綜合損耗降低了約20%。
截至2018年11月，比亞迪已累計申請IGBT相關專利175件，其中授權專利114件。IGBT累計裝車超50萬輛，單車行駛里程超50萬公里。
比亞迪在IGBT方面已經處於全球領先水平，也讓中國在IGBT領域與歐洲、日本三分天下。
厚積薄發，打造電動車性能標杆
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。其百公里加速4.4秒、續航里程600公里（60km/小時等速續航下）的超強性能再度確立了行業領先地位，並獲得消費者的高度認可，預售當天的訂單便突破2000輛。
中國科學院院士、國家863“節能與新能源汽車”重大項目專家組組長歐陽明高曾評價，比亞迪全新一代唐“已經可以與世界上任何一家車企的電動汽車技術相較量，代表了當前電動汽車製造的最高水準”。
市場和行業的認可，離不開比亞迪IGBT等核心技術的加持。得益於比亞迪IGBT在芯片損耗、電流輸出能力等方面的優異性能，比亞迪插電式混合動力汽車，率先搭載了“542”黑科技——“百公里加速5秒以內、全時電四驅、百公里油耗2升以內”。
比亞迪全新一代唐EV的續航里程達600公里（60km/小時等速續航下）
從2015到2017年，比亞迪電動車的銷量已經連續三年位居全球第一。這與比亞迪在IGBT等核心技術領域的超前佈局密不可分。
十多年前，在外界還不看好電動車前景的時候，“技術狂人”王傳福就默默佈局了電動車的核心技術。作為2003年才進入汽車行業的新玩家，比亞迪從一開始就密切關注IGBT等電動車核心技術的自主研發和創新。
2005年，比亞迪組建自身研發團隊，投入重金佈局IGBT產業。
2009年9月，比亞迪IGBT芯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鑑定，打破了國際巨頭的技術壟斷。
目前，比亞迪已經陸續掌握IGBT芯片設計和製造、模組設計和製造、大功率器件測試應用平臺、電源及電控等環節，是中國唯一一家擁有IGBT完整產業鏈的車企。
比亞迪IGBT芯片通過中國電器工業協會電力電子分會組織的科技成果鑑定
比亞迪IGBT產品晶圓
目前IGBT4.0的產量還很有限，到今年年底可以實現產能每個月5萬片，預計2020年月產量達到10萬片。與此同時，車用IGBT模塊目前月產量達5萬，比亞迪將投資超1億元進行擴產，預計2019年6月每月產量可達到10萬。
除了供應內部需求，比亞迪還計劃將產品對進行開放。陳剛表示，目前開發的是1200V車規級IGBT，正同步開發650V和700V，明年將進行認證，用於支持外部客戶。
提前佈局SiC，比亞迪欲再度引領電動車變革
“馴服”了IGBT，比亞迪又將目光投向了更遠的未來。
雖然在未來較長一段時間內，IGBT仍將供不應求。但比亞迪也已預見到，隨著電動車性能不斷地提升，對功率半導體組件提出了更高的要求，當下的IGBT也將逼近硅材料的性能極限。尋求芯片損耗更低、電流輸出能力更強、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。
據悉，比亞迪已投入巨資佈局第三代半導體材料SiC，並將整合材料（高純碳化硅粉）、單晶、外延、芯片、封裝等SiC基半導體全產業鏈，致力於降低SiC器件的製造成本，加快其在電動車領域的應用。
第三代半導體材料SiC
比亞迪SiC晶圓
此次發佈會上，比亞迪宣佈，已經成功研發了SiC MOSFET（汽車功率半導體包括基於硅或碳化硅等材料打造的IGBT或 MOSFET等），有望於2019年推出搭載SiC電控的電動車。預計到2023年，比亞迪將在旗下的電動車中，實現SiC基車用功率半導體對硅基IGBT的全面替代，將整車性能在現有基礎上再提升10%。
比亞迪第六事業部兼太陽能事業部總經理陳剛表示：“SiC MOSFET將成為比亞迪電動車性能持續迭代更新的新一代‘殺手鐧’，我們期望在加速、續航等性能指標上，為廣大消費者帶來更多驚喜。”
比亞迪第六事業部兼太陽能事業部總經理陳剛在發佈會現場致辭
以技術創新，助力中國汽車產業“再向上”
在過去相當長的時間裡，IGBT的核心技術始終掌握在國外廠商手裡，中高端IGBT市場90%的份額被國際巨頭壟斷，導致“一芯難求”，成為制約我國電動車行業健康、快速發展的主要瓶頸。
根據世界三大電子元器件分銷商之一富昌電子（Future Electronics LTD）的統計，2018年，車規級IGBT模塊的交貨週期最長已經達到52周（IGBT的交貨週期正常情況下為8-12周）。而2018-2022年，全球電動車年複合增長率達30%，但同期車規級IGBT市場的年複合增長率僅為15.7%。可以預見，未來幾年全球車規級IGBT市場的供應將愈加緊張。
在功率半導體等核心技術的加持下，比亞迪在過去的三年位居全球電動車銷量第一，並助推我國電動車行業高速發展——正是在這三年，我國電動車產銷量持續領跑全球、保有量全球佔比超過50%。
十多年前，比亞迪打破國際巨頭對IGBT的技術壟斷，助力我國電動車的快速發展；今天，比亞迪推出了全新的車規級IGBT4.0，為我國汽車產業的換道超車，提供強大的“中國芯”。未來，伴隨著比亞迪SiC的推出與大規模應用，我國汽車產業的“再向上”將獲得新的助推力。
摘自：連線新能源
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