近日，比亞迪在寧波發(fā)布了車(chē)規(guī)級(jí)領(lǐng)域極具標(biāo)桿意義的IGBT4.0技術(shù)，展現(xiàn)了其電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

　　何為IGBT？

　　IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)是一種大功率的電力電子器件，主要用于變頻器逆變和其他逆變電路，將直流電壓逆變成頻率可調(diào)的交流電，俗稱(chēng)電力電子裝置的“CPU”。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(wǎng)、航空航天、電動(dòng)汽車(chē)、新能源裝備，以及工業(yè)領(lǐng)域(高壓大電流場(chǎng)合的交直流電轉(zhuǎn)換和變頻控制)等應(yīng)用極廣，是上述應(yīng)用中的核心技術(shù)。

　　與工業(yè)級(jí)IGBT相比，IGBT在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用需要面臨更多的挑戰(zhàn)：一方面，汽車(chē)的大眾消費(fèi)屬性，對(duì)IGBT的壽命要求比較高(設(shè)計(jì)壽命在20年以上)，需要滿(mǎn)足使用壽命內(nèi)數(shù)十萬(wàn)次甚至百萬(wàn)次的功率循環(huán)要求。另一方面，汽車(chē)面臨著更為復(fù)雜的適用工況，需頻繁啟停、爬坡涉水、經(jīng)歷不同路況和環(huán)境溫度等，高溫、高濕、高振動(dòng)對(duì)IGBT是極為嚴(yán)苛的考驗(yàn)，對(duì)裝配體積和散熱效率的要求都非常嚴(yán)格。此外，電動(dòng)汽車(chē)的操作人員存在相對(duì)非專(zhuān)業(yè)性的情況，其對(duì)IGBT的考驗(yàn)和性能要求是多維度、全方位的。但又出于乘用車(chē)需面向大眾消費(fèi)市場(chǎng)的原因，要求其價(jià)格必須保持在合理區(qū)間，因此，車(chē)用IGBT要求高性?xún)r(jià)比前提下的高可靠性。在這些因素的綜合影響下，車(chē)規(guī)級(jí)IGBT相較于工業(yè)級(jí)，無(wú)論是技術(shù)難度、應(yīng)用場(chǎng)景，還是可靠性方面，對(duì)器件本身的要求都更為嚴(yán)苛。

　　比亞迪在車(chē)規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展情況

　　相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)IGBT市場(chǎng)一直被國(guó)際巨頭壟斷，90%的份額掌握在英飛凌、三菱等海外巨頭手中。但在某些細(xì)分領(lǐng)域(如車(chē)規(guī)級(jí)領(lǐng)域)，以比亞迪為代表的中國(guó)企業(yè)的實(shí)力能與國(guó)際主流水平一較高下。在車(chē)規(guī)級(jí)領(lǐng)域，比亞迪突破了晶圓設(shè)計(jì)、模塊散熱、封裝工藝和制造等關(guān)鍵技術(shù)，打破了國(guó)外專(zhuān)利和技術(shù)封鎖，并首創(chuàng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與車(chē)載充放電復(fù)用IGBT的融合設(shè)計(jì)技術(shù)。此外，比亞迪IGBT模塊還廣泛應(yīng)用于包括工業(yè)設(shè)備、家電、太陽(yáng)能逆變等行業(yè)在內(nèi)的各類(lèi)電力電子設(shè)備中，主要客戶(hù)包括博世力士樂(lè)、松下、OTC(日本)、美的、時(shí)代焊機(jī)等。

　　長(zhǎng)期以來(lái)，IGBT的核心技術(shù)始終掌握在國(guó)外廠(chǎng)商手里。2009年，比亞迪IGBT芯片成功通過(guò)中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)電力電子分會(huì)組織的科技成果鑒定，標(biāo)志著中國(guó)在IGBT芯片技術(shù)上實(shí)現(xiàn)零的突破，打破了國(guó)際巨頭的技術(shù)壟斷，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)以及新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。

　　十幾年前，當(dāng)外界還不看好電動(dòng)車(chē)的前景、甚至對(duì)IGBT還不太了解的情況下，在2003年就開(kāi)始布局電動(dòng)車(chē)的比亞迪就預(yù)見(jiàn)IGBT將會(huì)是影響電動(dòng)車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，在研發(fā)團(tuán)隊(duì)組建、產(chǎn)線(xiàn)建設(shè)等各方面投入重金，默默布局IGBT產(chǎn)業(yè)。2005年，比亞迪組建IGBT研發(fā)團(tuán)隊(duì)，正式進(jìn)軍IGBT領(lǐng)域；2008年10月，比亞迪收購(gòu)寧波中緯半導(dǎo)體晶圓廠(chǎng)；2009年9月，比亞迪IGBT芯片成功通過(guò)中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)電力電子分會(huì)組織的科技成果鑒定，標(biāo)志著中國(guó)在IGBT芯片技術(shù)上實(shí)現(xiàn)零的突破，打破了國(guó)際巨頭的技術(shù)壟斷。目前，比亞迪是中國(guó)唯一一家擁有完整產(chǎn)業(yè)鏈的車(chē)企：包含IGBT芯片設(shè)計(jì)和制造，模組設(shè)計(jì)和制造，大功率器件測(cè)試應(yīng)用平臺(tái)，電源及電控等。專(zhuān)利：截至2018年11月，累計(jì)申請(qǐng)IGBT相關(guān)專(zhuān)利175件，其中授權(quán)專(zhuān)利114件。

　　比亞迪成功研發(fā)出全新車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品IGBT4.0

　　十余年耕耘，比亞迪成功研發(fā)出全新的車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品IGBT4.0，成為車(chē)規(guī)級(jí)IGBT的標(biāo)桿。IGBT“馴化”了電，而比亞迪“馴化”了IGBT。技術(shù)指標(biāo)方面：在芯片損耗、模塊溫度循環(huán)能力、電流輸出能力等關(guān)鍵指標(biāo)上，比亞迪IGBT4.0產(chǎn)品達(dá)到全球領(lǐng)先水平。芯片損耗：比亞迪 IGBT4.0產(chǎn)品的綜合損耗相比當(dāng)前市場(chǎng)主流產(chǎn)品降低了約20%，使得整車(chē)電耗降低。以全新一代唐為例，在其他條件不變的情況下，采用比亞迪 IGBT4.0較采用當(dāng)前市場(chǎng)主流的IGBT，百公里電耗少約3%。溫度循環(huán)能力：IGBT4.0產(chǎn)品模塊的溫度循環(huán)壽命可以做到當(dāng)前市場(chǎng)主流產(chǎn)品的10倍以上。電流輸出能力：搭載IGBT4.0的V-315系列模塊在同等工況下較當(dāng)前市場(chǎng)主流產(chǎn)品的電流輸出能力提升15%，支持整車(chē)具有更強(qiáng)的加速能力。工藝指標(biāo)方面，在大規(guī)模應(yīng)用的1200V車(chē)規(guī)級(jí)IGBT芯片的晶圓厚度上，比亞迪處于全球先進(jìn)水平，可將晶圓厚度減薄到120um(約兩根頭發(fā)絲直徑)；為保證產(chǎn)品質(zhì)量，比亞迪IGBT生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度要求達(dá)到最高等級(jí)的一級(jí)，即指每立方英尺(0.0283立方米)中，直徑超過(guò)0.5微米的微塵離子不能超過(guò)1個(gè)；在晶圓的產(chǎn)品分析中，需要用到倍率高達(dá)500,000倍的掃描電子顯微鏡進(jìn)行。相比之下，2000倍的倍率就足以使困擾眾多城市于“無(wú)形”、直徑只有人類(lèi)頭發(fā)絲1/20的PM2.5細(xì)顆粒物顯露“真身”；晶圓的制造用水，標(biāo)準(zhǔn)需達(dá)到超純水(也就是幾乎去除氧和氫以外所有原子的水)。為達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，需要經(jīng)過(guò)20多層凈化；為保證產(chǎn)品品質(zhì)，晶圓生產(chǎn)所需的光刻機(jī)需要保持平穩(wěn)。在晶圓工廠(chǎng)，光刻機(jī)需要放在特制的防震臺(tái)上，避免路過(guò)的車(chē)輛、甚至從旁經(jīng)過(guò)的人的腳步對(duì)其的影響。此外，為了防震，晶圓工廠(chǎng)的地基需要打到巖石層。

　　中高端IGBT，打造新能源汽車(chē)的性能標(biāo)桿

　　得益于在IGBT領(lǐng)域的成果，比亞迪電動(dòng)汽車(chē)的超凡性能得以成功落地，并具有持續(xù)迭代升級(jí)的能力。雙模“542”黑科技：IGBT為比亞迪電動(dòng)車(chē)提供對(duì)電流的準(zhǔn)確、有效控制，使得比亞迪全新一代唐DM得以實(shí)現(xiàn)百公里加速4.5秒、全時(shí)電四驅(qū)、百公里油耗2升以?xún)?nèi)，從超強(qiáng)加速、全時(shí)電四驅(qū)、超低油耗三方面重新定義高性能汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)。純電超凡性能：在比亞迪IGBT對(duì)電流準(zhǔn)確、有效的控制下，比亞迪全新一代唐EV的百公里加速時(shí)間達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先的4.4秒。同時(shí)，比亞迪IGBT在芯片損耗、電流輸出能力等方面的優(yōu)異性能，極大提升驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作效率，和電池等其他關(guān)鍵技術(shù)一起，將比亞迪全新一代唐EV等純電動(dòng)車(chē)的續(xù)航里程提升到了600公里(60KM/小時(shí)等速行駛情況下)。

　　未來(lái)市場(chǎng)趨勢(shì)及商業(yè)規(guī)模

　　2017年，中國(guó)國(guó)內(nèi)的IGBT市場(chǎng)規(guī)模約121億元(含車(chē)規(guī)級(jí)及工業(yè)級(jí))，約占全球總需求的50%。但我國(guó)IGBT起步較晚，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額主要被國(guó)際巨頭壟斷，國(guó)產(chǎn)化率只有11%，進(jìn)口依賴(lài)程度較高，國(guó)產(chǎn)替代空間巨大。2018-2020年，中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)量年復(fù)合增長(zhǎng)率將超過(guò)40%：2018年，中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)量有望達(dá)到100萬(wàn)輛。按國(guó)家制定的“2020年當(dāng)年銷(xiāo)量達(dá)到200萬(wàn)輛產(chǎn)銷(xiāo)量”的目標(biāo)，2018-2020年中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)量年復(fù)合增長(zhǎng)率將超過(guò)40%。2018-2025年期間，在中國(guó)，新能源汽車(chē)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)的IGBT市場(chǎng)規(guī)模共計(jì)超過(guò)1200億元。全球范圍內(nèi)，IGBT供貨周期延長(zhǎng)，隨著新能源汽車(chē)的爆發(fā)，未來(lái)幾年供不應(yīng)求趨勢(shì)將更加明顯。

　　比亞迪投巨資布局第三代半導(dǎo)體材料SiC

　　比亞迪投巨資布局第三代半導(dǎo)體材料SiC(碳化硅), 目前已大規(guī)模用于車(chē)載電源, 有望于2019年將推出搭載SiC電控的電動(dòng)車(chē)，預(yù)計(jì)2023年采用SiC基半導(dǎo)體全面替代硅基半導(dǎo)體(如硅基IGBT)，引領(lǐng)下一代電動(dòng)車(chē)芯片變革。

    憑借更加優(yōu)異的性能，SiC基半導(dǎo)體取代硅基半導(dǎo)體將是大勢(shì)所趨，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年硅基IGBT將在汽車(chē)領(lǐng)域逐步被淘汰。比亞迪投巨資布局SiC基半導(dǎo)體，整合全產(chǎn)業(yè)鏈：材料(高純碳化硅粉)、單晶、外延、芯片、封裝等。比亞迪已經(jīng)成功研發(fā)了芯片損耗更低、電流輸出能力更強(qiáng)的SiC MOSFET(SiC基半導(dǎo)體的一種)，目前已大規(guī)模用于車(chē)載電源，有望于2019年將推出搭載SiC電控的電動(dòng)車(chē)。

　　比亞迪在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的愿景與規(guī)劃

　　比亞迪立志于使比亞迪功率半導(dǎo)體芯片對(duì)于新能源汽車(chē)的意義，如高通之于手機(jī)、英特爾之于電腦；成為全球最大的車(chē)規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體供應(yīng)商；成為(車(chē)規(guī)級(jí))功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，為“中國(guó)芯”騰飛添磚加瓦。