中国芯！比亚迪发布 IGBT 4.0，跟国际垄断说再见！明年将推搭载SiC电控的电动车！

我们一直在强调“核心技术一定要掌握在自己手里。”这是不管任何领域都在积极追求的目标，也是企业发展的重中之重。在汽车领域，尤其是电气时代即将来临的今天，越来越多的品牌开始研制自己的电动车型，越来越多的电动车相关技术进入了我们的视野，今天我们要说的IGBT就是电动车领域比较重要的一项技术。对了，值得一提的是，目前汽车领域所用的IGBT已经被比亚迪攻克，并掌握了核心技术。

12月10日，比亚迪在宁波发布了在车规级领域具有标杆性意义的IGBT4.0技术，再一次展示出其在电动车领域的领先地位。这一晚，比亚迪将IGBT这个长期游离于人们视野、但又堪称电动车CPU的核心技术带到了“聚光灯”下。在发布会上，比亚迪还宣布将布局性能更加优异的第三代半导体材料SiC，并将加快其在电动车领域的应用。

发布会现场

比亚迪IGBT4.0晶圆

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)全称“绝缘栅双极型晶体管”，其芯片与动力电池电芯并称为电动车的 “双芯”，是影响电动车性能的关键技术，其成本占整车成本的5%左右。IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路，可以理解为一个“非通即断”的开关。IGBT是能源变换与传输的核心器件。采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键技术。

对于电动车而言，IGBT直接控制驱动系统直、交流电的转换，决定了车辆的扭矩和最大输出功率等。

IGBT在电动汽车领域的应用面临许多挑战，包括更长的使用寿命、适应复杂的使用工况(气温、路况、频繁启停等)，以及为了适应消费者需求，价格必须保持在合理区间等等。

相关数据显示，但我国IGBT的发展却严重滞后，中高端IGBT产能严重不足，长期依赖国际巨头供应。随着未来新能源汽车的发展，可以预见未来几年全球车规级IGBT市场的供应将愈加紧张。

此外，作为主流的新型电力电子器件之一，IGBT在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车、新能源装备，以及工业领域等应用极广，也同样是这些应用中的核心技术。

而得益于在IGBT等核心技术领域的强大实力，比亚迪电动车的超凡性能得以落地并具备持续迭代升级的能力。

作为中国第一家实现车规级IGBT大规模量产、也是中国唯一一家拥有IGBT完整产业链的车企，此次发布会上，比亚迪还释放了另一重磅消息：比亚迪已投入巨资布局性能更加优异的第三代半导体材料SiC(碳化硅)，有望于2019年推出搭载SiC电控的电动车。预计到2023年，比亚迪旗下的电动车将全面搭载SiC电控。

比亚迪IGBT4.0

比亚迪推出IGBT4.0，引领车规级功率半导体发展

IGBT属于汽车功率半导体的一种，因设计门槛高、制造技术难、投资大，被业内称为电动车核心技术的“珠穆拉玛峰”。此前，该技术主要掌握在国际巨头手中。

为了突破IGBT的技术瓶颈，都有哪些开发难点呢?

第一，该项技术对芯片要求较高。IGBT芯片仅有人的指甲大小，但却要在其上蚀刻十几万乃至几十万的微观结构电路，仅能在显微镜下查看;它虽然是虽然是一个开关器件，但涉及到的参数多达十几个，很多参数之间相互矛盾，需要根据应用折衷考虑。

同时，晶圆制造工艺难度大：最主要体现在薄片加工处理上。采用最新的1200V FS技术的IGBT，需要将晶圆减薄到120微米的厚度，再经过10余道工序进行加工。而且晶圆制造过程需要极高的洁净度，车间厂房内需要一级净化，其中之一标准为在1个立方英尺的空间内，超过0.5微米的颗粒不超过1颗。其制造用水标准也需达到超纯水，为达到这个标准，需要经过20多层净化。

制造IGBT难度极大，在大规模应用的1200V车规级IGBT芯片的晶圆厚度上，比亚迪处于全球先进水平，可将晶圆厚度减薄到120um(约两根头发丝直径)。

第二，IGBT模块设计的难度较大，需要考虑材料匹配、散热、结构、功率密度、外观、重量等多项指标。在模块的制造中，大面积芯片的无空洞焊接、高可靠性绑线工艺和测试等都是难点。

IGBT芯片打线

 

光刻胶涂布步骤

晶圆制造过程中的大束流离子注入

2017年全球电动车销量大约500万辆，共消耗了大约18亿美元的IGBT管，平均每辆车大约为450美元。目前我国每年使用的IGBT，90%依赖进口。国际上主要的生产商是“西门子、英飞凌、仙童、三菱、富士、东芝”这些老牌大厂。而其中的“高压大功率IGBT”更是电动车动力系统核心中的核心，国内目前能够量产高压大功率IGBT芯片并用于车辆生产的企业，只有两家，而其中一家就是比亚迪!

能有这样的突破也离不开我国电动车的发展，在政策驱动下我国新能源汽车及充电桩市场进入爆发期，中国IGBT产业在国家政策及重大项目的推动及市场牵引下加快了国产化的进程，目前已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整产业链。国内厂商不仅实现了技术突破，而且成功把国产化IGBT应用在新能源汽车中。而这里说的国内厂商，最重要的一家就是比亚迪。

比亚迪和国内的一些厂商成功的打破了这一领域的垄断，实现了国产化。

经过10余年的技术积累，比亚迪IGBT不断迭代更新。从2003年的到2005年组建IGBT研发团队的以及到2009年推出IGBT，标志着中国在IGBT技术上实现零的突破，打破了国际巨头的技术垄断，对于促进我国芯片产业以及新能源汽车产业的发展具有深远影响。

2009年，比亚迪发布IGBT 1.0技术，中间历经2.0、2.5的层层迭代，如今的IGBT 4.0技术已经能够在技术指标上超越竞争对手，达到世界领先水平：

1.电流输出能力较当前市场主流的IGBT高15%，支持整车具有更强的加速能力和更大的功率输出能力。

2.同等工况下，综合损耗较当前市场主流的IGBT降低了约20%。这意味着电流通过IGBT器件时，受到的损耗降低，使得整车电耗显著降低。以比亚迪全新一代唐为例，在其他条件不变的情况下，仅此一项技术，就成功将百公里电耗降低约3%。

3.温度循环寿命可以做到当前市场主流IGBT的10倍以上。这意味着比亚迪电动车在应对各种极端气候、路况时，能有更高的可靠性和更长的使用寿命。此前，比亚迪电动车就以其优异的性能与稳定的可靠性，完成了从新疆吐鲁番的高温，到北欧的极寒、再到西藏高原的高海拔等全球最严苛自然环境的测试，并在全球300多个市场成功经历了各种气候、路况、驾驶习惯的考验，得到广泛认可。

比亚迪IGBT4.0较当前市场主流的IGBT：电流输出能力高15%，综合损耗降低了约20%。

截至2018年11月，比亚迪已累计申请IGBT相关专利175件，其中授权专利114件。IGBT累计装车超50万辆，单车行驶里程超50万公里。

比亚迪在IGBT方面已经处于全球领先水平，也让中国在IGBT领域与欧洲、日本三分天下。

厚积薄发，打造电动车性能标杆

在刚刚结束的2018广州车展上，比亚迪全新一代唐EV正式对外预售。其百公里加速4.4秒、续航里程600公里(60km/小时等速续航下)的超强性能再度确立了行业领先地位，并获得消费者的高度认可，预售当天的订单便突破2000辆。

中国科学院院士、国家863“节能与新能源汽车”重大项目专家组组长欧阳明高曾评价，比亚迪全新一代唐“已经可以与世界上任何一家车企的电动汽车技术相较量，代表了当前电动汽车制造的最高水准”。

市场和行业的认可，离不开比亚迪IGBT等核心技术的加持。得益于比亚迪IGBT在芯片损耗、电流输出能力等方面的优异性能，比亚迪插电式混合动力汽车，率先搭载了“542”黑科技——“百公里加速5秒以内、全时电四驱、百公里油耗2升以内”。

比亚迪全新一代唐EV的续航里程达600公里(60km/小时等速续航下)

从2015到2017年，比亚迪电动车的销量已经连续三年位居全球第一。这与比亚迪在IGBT等核心技术领域的超前布局密不可分。

十多年前，在外界还不看好电动车前景的时候，“技术狂人”王传福就默默布局了电动车的核心技术。作为2003年才进入汽车行业的新玩家，比亚迪从一开始就密切关注IGBT等电动车核心技术的自主研发和创新。

2005年，比亚迪组建自身研发团队，投入重金布局IGBT产业。

2009年9月，比亚迪IGBT芯片通过了中国电器工业协会电力电子分会组织的科技成果鉴定，打破了国际巨头的技术垄断。

目前，比亚迪已经陆续掌握IGBT芯片设计和制造、模组设计和制造、大功率器件测试应用平台、电源及电控等环节，是中国唯一一家拥有IGBT完整产业链的车企。

比亚迪IGBT芯片通过中国电器工业协会电力电子分会组织的科技成果鉴定

比亚迪IGBT产品晶圆

目前IGBT4.0的产量还很有限，到今年年底可以实现产能每个月5万片，预计2020年月产量达到10万片。与此同时，车用IGBT模块目前月产量达5万，比亚迪将投资超1亿元进行扩产，预计2019年6月每月产量可达到10万。

除了供应内部需求，比亚迪还计划将产品对进行开放。陈刚表示，目前开发的是1200V车规级IGBT，正同步开发650V和700V，明年将进行认证，用于支持外部客户。

提前布局SiC，比亚迪欲再度引领电动车变革

“驯服”了IGBT，比亚迪又将目光投向了更远的未来。

虽然在未来较长一段时间内，IGBT仍将供不应求。但比亚迪也已预见到，随着电动车性能不断地提升，对功率半导体组件提出了更高的要求，当下的IGBT也将逼近硅材料的性能极限。寻求芯片损耗更低、电流输出能力更强、更耐高温的全新半导体材料，已成为学界和业界的普遍共识。

据悉，比亚迪已投入巨资布局第三代半导体材料SiC，并将整合材料(高纯碳化硅粉)、单晶、外延、芯片、封装等SiC基半导体全产业链，致力于降低SiC器件的制造成本，加快其在电动车领域的应用。

第三代半导体材料SiC

比亚迪SiC晶圆

此次发布会上，比亚迪宣布，已经成功研发了SiC MOSFET(汽车功率半导体包括基于硅或碳化硅等材料打造的IGBT或 MOSFET等)，有望于2019年推出搭载SiC电控的电动车。预计到2023年，比亚迪将在旗下的电动车中，实现SiC基车用功率半导体对硅基IGBT的全面替代，将整车性能在现有基础上再提升10%。

比亚迪第六事业部兼太阳能事业部总经理陈刚表示：“SiC MOSFET将成为比亚迪电动车性能持续迭代更新的新一代‘杀手锏’，我们期望在加速、续航等性能指标上，为广大消费者带来更多惊喜。”

比亚迪第六事业部兼太阳能事业部总经理陈刚在发布会现场致辞

以技术创新，助力中国汽车产业“再向上”

在过去相当长的时间里，IGBT的核心技术始终掌握在国外厂商手里，中高端IGBT市场90%的份额被国际巨头垄断，导致“一芯难求”，成为制约我国电动车行业健康、快速发展的主要瓶颈。

根据世界三大电子元器件分销商之一富昌电子(Future Electronics LTD)的统计，2018年，车规级IGBT模块的交货周期最长已经达到52周(IGBT的交货周期正常情况下为8-12周)。而2018-2022年，全球电动车年复合增长率达30%，但同期车规级IGBT市场的年复合增长率仅为15.7%。可以预见，未来几年全球车规级IGBT市场的供应将愈加紧张。

在功率半导体等核心技术的加持下，比亚迪在过去的三年位居全球电动车销量第一，并助推我国电动车行业高速发展——正是在这三年，我国电动车产销量持续领跑全球、保有量全球占比超过50%。

十多年前，比亚迪打破国际巨头对IGBT的技术垄断，助力我国电动车的快速发展;今天，比亚迪推出了全新的车规级IGBT4.0，为我国汽车产业的换道超车，提供强大的“中国芯”。未来，伴随着比亚迪SiC的推出与大规模应用，我国汽车产业的“再向上”将获得新的助推力。