核心技術豈能受製於人，比亞迪的IGBT技術實力到底如何？

文 | 利榮

來自新智駕（AI-Drive）的報導

不是電池電驅電控，新能源汽車的核心是IGBT？

對新能源汽車來說，電池、VCU、BSM、電機效率都缺乏提升空間，最有提升空間的當屬電機驅動部分，而電機驅動部分最核心的元件IGBT則是最需要重視的。

12月10日，比亞迪在寧波舉行車規級IGBT4.0技術解析會，並在會上宣布：比亞迪已投入巨資布局性能更加優異的第三代半導體材料SiC（碳化矽），有望於2019年推出搭載SiC電控模塊的電動車。按照計劃，到2023年，比亞迪旗下的電動車將全面搭載SiC電控模塊。

據新智駕了解，此次發布的車規級IGBT4.0，電流輸出能力較當前市場主流的IGBT高15%；而在同等工況下，綜合損耗降低了約20%。

以比亞迪全新一代唐為例，在其他條件不變的情況下，僅憑搭載IGBT4.0此一項技術，便可使百公里電耗降低約3%。

按照比亞迪的規劃，2019年將推出搭載SiC電控模塊的電動車，到2023年比亞迪旗下的電動車將全面搭載SiC電控模塊。但這一性能更為優越的技術成本卻高於目前IGBT的10倍左右。

據新智駕了解，受限於良品率和需求，目前SiC材料的成本確實是IGBT的8-10倍，但可使電動機的效率提升5-8%。這意味著續航裡程可以得到同樣的提升，促使電池成本的大幅下降。

比亞迪第六事業部總經理陳剛坦言，目前正在對SiC材料的成本與性能間的平衡進行優化，但無論如何，明年搭載SiC電控模塊的電動車會面向大眾。

神秘的IGBT到底是什麽？

IGBT為英文Insulated Gate Bipolar Transistor的縮寫，中文名稱為絕緣柵雙極型晶體管。是電能變換與傳輸的核心器件，俗稱電力電子裝置的“CPU”，應用於直流電壓為600V及以上的變流系統，如軌道交通、智能電網、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領域。

IGBT是由 BJT(雙極結型晶體三極管) 和 MOS(絕緣柵型場效應管) 組成的複合全控型-電壓驅動式-功率半導體器件,其具有自關斷的特徵。

簡單來講，IGBT是一個非通即斷的開關，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。IGBT融合了BJT和MOSFET的兩種器件的優點，如驅動功率小和飽和壓降低等。

IGBT模塊是由IGBT與FWD（續流二極管芯片）通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產品，具有節能、安裝維修方便、散熱穩定等特點。

IGBT是能源轉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品質，具有高效節能和綠色環保的特點，是解決能源短缺問題和降低碳排放的關鍵支撐技術。

用最簡單的語言概括IGBT的功能和作用就是控制能源的變換和傳輸。

也就是說，IGBT的作用是交流電和直流電的轉換，同時IGBT還承擔了電壓高低轉換的功能。

外界充電時是交流電，需要通過IGBT轉變成直流電然後給電池，同時要把220V電壓轉換成適當的電壓後才能給電池組充電；電池放電時，通過IGBT把直流電轉變成交流電機使用的交流電，同時起到對交流電機的變頻控制，當然變壓是必不可少的。

成本方面，在一台純電動汽車中，IGBT約佔電機驅動系統成本的一半，而電機驅動系統佔整車成本的15-20%，也就是說IGBT佔整車成本的7-10%，是除電池之外成本第二高的元件，也決定了整車的能源效率。而且除電驅動系統外，整車包括高壓充電機、冷氣機系統等多個電氣組件均需使用到IGBT。

舉例來說，一台特斯拉Model X使用132個IGBT管，由英飛凌公司提供。其中後電機為96個，前電機為36個，每個單管的價格大約為4-5美元，合計大約需650美元。

在新能源汽車領域，IGBT發揮著至關重要的作用，是電動汽車及充電樁等設備的核心技術部件。

IGBT模塊佔電動汽車成本將近10%，佔充電樁成本約20%。IGBT主要應用於電動汽車領域中以下三個方面：

電動控制系統，大功率直流/交流(DC/AC)逆變後驅動汽車電機；

車載冷氣機控制系統，小功率直流/交流(DC/AC)逆變，使用電流較小的IGBT和FRD；

充電樁，智能充電樁中IGBT模塊被作為開關元件使用。

為什麽電動汽車需要IGBT？

外界充電的時候是交流電，需要通過IGBT轉變成直流電然後給電池，同時要把220V電壓轉換成適當的電壓以上才能給電池組充電。

電池放電的時候，把通過IGBT把直流電轉變成交流電機使用的交流電，同時起到對交流電機的變頻控制，當然變壓是必不可少的。

IGBT是功率半導體器件，可以說是電動車的的核心技術之一，IGBT的好壞直接影響電動車功率的釋放速度。

比亞迪的IGBT技術實力到底如何？

十多年前，在外界還不看好電動車前景的時候，比亞迪就默默布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，投入重金布局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鑒定，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台、電源及電控等環節，同時擁有IGBT完整產業鏈的車企。

當然，IGBT依然存在技術難點，主要包括芯片和模塊兩方面。

研發製造難度極高。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；

芯片設計難度高。IGBT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；

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120um（約兩根頭髮絲直徑）的厚度，再進行10余道工序加工；

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芯片失效。

比亞迪在電動車上應用自主研發IGBT具有哪些優勢？

1、兩個關鍵詞，散熱和背板工藝

IGBT的關鍵有兩點，一是散熱，二是背板工藝。

IGBT的正面工藝和標準BCD的LDMOS沒區別，差距主要體現在背面工藝：首先是減薄，約需減薄6-8毫米，減太多易碎片，減太少效果不明顯；然後是離子注入，注入一層薄磷做緩衝層；接著是是清洗和金屬化，在背面蒸鍍一層鈦或銀。

這些工藝不僅需要長期摸索，同時還需要針對工藝開發生產設備，只有對生產線和設備都非常精通的企業才能勝任，絕大多數廠家的IGBT生產線設備都是內部開發的。

IGBT每升一級一代，無論矽片還是封裝設備都需要企業內部完成，而中國習慣買生產線，根本沒有自製設備的能力，更不要說更新設備。

但是，現如今人們都把精力轉移到IGBT的封裝上，也就是散熱。

車用IGBT的散熱效率要求比工業級要高得多，逆變器內溫度最高可達大20度，同時還要考慮強振動條件，車規級的IGBT遠在工業級之上。

2、下一代殺手鐧-SiC技術

IGBT的下一代SiC（碳化矽）技術已經嶄露頭角，鑒於其重要性，比亞迪決定完全自主生產。

SiC能將新能源車的效率再提高10%，這是新能源車提高效率最有效的技術。

SiC有多重要？

目前限制SiC應用主要是兩方面，一是價格，其價格是傳統Si型IGBT的6倍。其次是電磁干擾，SiC的開關頻率遠高於傳統Si型IGBT，回路寄生參數已經大到無法忽略。

據新智駕了解，比亞迪投巨資布局第三代半導體材料SiC，目前已大規模用於車載電源，2019年底將推出中國首輛搭載SiC電控的電動車，預計2023年採用SiC基半導體全面替代矽基半導體（如矽基IGBT）。

比亞迪布局SiC基半導體，整合全產業鏈：材料（高純碳化矽粉）、單晶、外延、芯片、封裝等。

陳剛表示，實現SiC基車用功率半導體對矽基IGBT的全面替代，可將整車性能在現有基礎上再提升10%，“SiC T將成為比亞迪電動車性能持續迭代更新的新一代利器，同時比亞迪將加大開放力度，與國內新能源車企實現共同發展、合作共贏。

總結

雖然國內IGBT企業在商業上完全不敵英飛凌、富士通、三菱等國外企業。誠然，國內大部分企業在IGBT技術上和國外大廠差距明顯。

但是，國內已有不少芯片廠商，雖具備生產汽車級IGBT的公司並不多，主要因前期的開發及驗證期漫長，再加上國內業者都習慣即時上市的運作模式，比較缺乏耐心。

對於新能源汽車的安全性問題，在新智駕看來，從業者須認識到，穩定、高效、安全、可靠的電池管理系統（BMS）產品，是保障電動汽車正常運行的關鍵，而電池管理芯片是核心，只有芯片的國產化，中國新能源汽車才能真正增強競爭力。【完】

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