不看外國人臉色 比亞迪靠IGBT4.0技術再攀高峰

【EV視界報導】幾乎所有人都知道，三電系統作為新能源汽車最關鍵的核心技術，已經成為了能否保持新能源汽車繼續快速發展的重要因素。而相比於已經逐漸被消費者所熟悉的動力電池技術外，在新能源汽車中還有一個十分重要的關鍵組件，它就是“IGBT”。但是，就是這樣一個關鍵組件，由於在國內的發展嚴重滯後，所以導致中國IGBT市場90%的份額掌握在一些海外巨頭手中。

不過，隨著當前自主品牌的不斷發展，這種局面已經發生了悄然變化。12月10日，比亞迪在寧波發布了在車規級領域具有標杆性意義的IGBT 4.0技術，再一次展示出其在電動車領域的領先地位。而這也意味著，比亞迪在汽車能源變革的關鍵時期，已經將主動權牢牢掌握在自己手中。

IGBT技術落後製約了新能源汽車的大規模商業化

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），中文名稱為絕緣柵雙極型晶體管，是影響電動車性能的關鍵技術，成本佔整車成本的5%左右，是除了電池之外成本第二高的核心元件。其作為一種大功率的電力電子器件，應用於軌道交通、智能電網、航空航天、電動汽車、新能源裝備以及工業領域，主要作用是用於變頻器逆變和其他逆變電路，將直流電壓逆變成頻率可調的交流電，因此也被稱為電力電子裝置的“CPU”。

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，因此也可以理解為一個“非通即斷”的開關。採用IGBT進行功率變換，能夠提高用電效率和品質，對於純電動車而言，IGBT的使用有助於降低能耗，提升續航裡程。

但是，就是這個關鍵技術，生產工藝要求十分嚴格，不僅工藝流程複雜，更要求極致的精密操作，長期以來，IGBT芯片設計門檻高，資本投入高，生產流程複雜，需要完善的專業人才儲備，使得IGBT只有國外少數芯片廠商能夠量產。所以，我們常見的大部分自主品牌使用的IGBT只能依靠進口，因此這也是導致該技術在國內發展滯後的主要原因。

IGBT技術——新能源核心技術的“珠穆朗瑪峰”

在業內，IGBT因技術難和投資大，與動力電池一樣，被稱為新能源汽車核心技術的“珠穆拉瑪峰”，長期以來製約了新能源汽車的大規模商業化。而總結起來，其難點主要存在於芯片和模塊。

IGBT的尺寸僅有指甲大小，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。而且其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。

另外，其晶圓製造工藝難度也非常大，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。而且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。

而在模塊設計難方面，IGBT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。而在模塊的製造中，大面積芯片的無空洞焊接（無空洞焊接需要在1mBar 的高真空下進行；與之相比，海平面的標準大氣壓的值為101.325kPa）、高可靠性綁線工藝和測試等也都是難點。因此綜合來看，IGBT的研發並不是一朝一夕就能完成的，需要克服很多困難。不過，目前比亞迪已經實現了車用IGBT芯片的自主研發，並且經過多年的努力，大幅提升了良率，保障了品質穩定性，使得這項技術得以全面應用。

十餘年耕耘比亞迪成為車規級IGBT的標杆

據相關統計，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。而取得如此優異成績的背後與比亞迪在IGBT等核心技術領域的超前布局密不可分。

作為國內新能源汽車領域的領軍品牌，比亞迪早在十多年前就已經默默布局電動車的核心技術，並且一開始就密切關注IGBT等電動車核心技術的自主研發和創新。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，是中國唯一一家擁有IGBT完整產業鏈的車企。而經過10余年的技術積累，比亞迪IGBT不斷迭代更新。此次推出的比亞迪IGBT4.0，便已經在諸多關鍵技術指標上都優於當前市場主流產品。

其中，比亞迪IGBT4.0產品的綜合損耗相比當前市場主流產品降低了約20%，使得整車電耗降低。以全新一代唐為例，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%。而且其產品模塊的溫度循環壽命可以做到當前市場主流產品的10倍以上。另外，搭載IGBT4.0的V-315系列模塊在同等工況下較當前市場主流產品的電流輸出能力提升15%，支持整車具有更強的加速能力。

而除了上述優勢之外，比亞迪認為，隨著電動車性能不斷地提升，對功率半導體組件也將提出更高的要求，因此當下的IGBT也將逼近矽材料的性能極限。據悉，比亞迪已投入巨資布局第三代半導體材料SiC，並將整合材料（高純碳化矽粉）、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。

據比亞迪表示，其已經成功研發了SiC MOSFET（汽車功率半導體包括基於矽或碳化矽等材料打造的IGBT或MOSFET等），並且有望於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矽基IGBT的全面替代，將整車性能在現有基礎上再提升10%。

編輯點評：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”，成為製約我國電動車行業健康、快速發展的主要瓶頸。而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”。因此，我們也有理由相信，在未來比亞迪將為我們帶來更多驚喜。