近日，比亚迪在宁波发布了车规级领域极具标杆意义的igbt4.0技术，展现了其电动车领域的领先地位。
何为igbt？
igbt (insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)是一种大功率的电力电子器件，主要用于变频器逆变和其他逆变电路，将直流电压逆变成频率可调的交流电，俗称电力电子装置的“cpu”。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(高压大电流场合的交直流电转换和变频控制)等应用极广，是上述应用中的核心技术。
与工业级igbt相比，igbt在电动汽车领域的应用需要面临更多的挑战：一方面，汽车的大众消费属性，对igbt的寿命要求比较高(设计寿命在20年以上)，需要满足使用寿命内数十万次甚至百万次的功率循环要求。另一方面，汽车面临着更为复杂的适用工况，需频繁启停、爬坡涉水、经历不同路况和环境温度等，高温、高湿、高振动对igbt是极为严苛的考验，对装配体积和散热效率的要求都非常严格。此外，电动汽车的操作人员存在相对非专业性的情况，其对igbt的考验和性能要求是多维度、全方位的。但又出于乘用车需面向大众消费市场的原因，要求其价格必须保持在合理区间，因此，车用igbt要求高性价比前提下的高可靠性。在这些因素的综合影响下，车规级igbt相较于工业级，无论是技术难度、应用场景，还是可靠性方面，对器件本身的要求都更为严苛。
比亚迪在车规级功率半导体领域的发展情况
相关数据显示，中国igbt市场一直被国际巨头垄断，90%的份额掌握在英飞凌、三菱等海外巨头手中。但在某些细分领域(如车规级领域)，以比亚迪为代表的中国企业的实力能与国际主流水平一较高下。在车规级领域，比亚迪突破了晶圆设计、模块散热、封装工艺和制造等关键技术，打破了国外专利和技术封锁，并首创电机驱动与车载充放电复用igbt的融合设计技术。此外，比亚迪igbt模块还广泛应用于包括工业设备、家电、太阳能逆变等行业在内的各类电力电子设备中，主要客户包括博世力士乐、松下、otc(日本)、美的、时代焊机等。
长期以来，igbt的核心技术始终掌握在国外厂商手里。2009年，比亚迪igbt芯片成功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，标志着中国在igbt芯片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。
十几年前，当外界还不看好电动车的前景、甚至对igbt还不太了解的情况下，在2003年就开始布局电动车的比亚迪就预见igbt将会是影响电动车发展的关键技术，在研发团队组建、产线建设等各方面投入重金，默默布局igbt产业。2005年，比亚迪组建igbt研发团队，正式进军igbt领域；2008年10月，比亚迪收购宁波中纬半导体晶圆厂；2009年9月，比亚迪igbt芯片成功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，标志着中国在igbt芯片技术上实现零的突破，打破了国际巨头的技术垄断。目前，比亚迪是中国唯一一家拥有完整产业链的车企：包含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。专利：截至2018年11月，累计申请igbt相关专利175件，其中授权专利114件。
比亚迪成功研发出全新车规级产品igbt4.0
十余年耕耘，比亚迪成功研发出全新的车规级产品igbt4.0，成为车规级igbt的标杆。igbt“驯化”了电，而比亚迪“驯化”了igbt。技术指标方面：在芯片损耗、模块温度循环能力、电流输出能力等关键指标上，比亚迪igbt4.0产品达到全球领先水平。芯片损耗：比亚迪 igbt4.0产品的综合损耗相比当前市场主流产品降低了约20%，使得整车电耗降低。以全新一代唐为例，在其他条件不变的情况下，采用比亚迪 igbt4.0较采用当前市场主流的igbt，百公里电耗少约3%。温度循环能力：igbt4.0产品模块的温度循环寿命可以做到当前市场主流产品的10倍以上。电流输出能力：搭载igbt4.0的v-315系列模块在同等工况下较当前市场主流产品的电流输出能力提升15%，支持整车具有更强的加速能力。工艺指标方面，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)；为保证产品质量，比亚迪igbt生产环境的洁净度要求达到最高等级的一级，即指每立方英尺(0.0283立方米)中，直径超过0.5微米的微尘离子不能超过1个；在晶圆的产品分析中，需要用到倍率高达500,000倍的扫描电子显微镜进行。相比之下，2000倍的倍率就足以使困扰众多城市于“无形”、直径只有人类头发丝1/20的pm2.5细颗粒物显露“真身”；晶圆的制造用水，标准需达到超纯水(也就是几乎去除氧和氢以外所有原子的水)。为达到这个标准，需要经过20多层净化；为保证产品品质，晶圆生产所需的光刻机需要保持平稳。在晶圆工厂，光刻机需要放在特制的防震台上，避免路过的车辆、甚至从旁经过的人的脚步对其的影响。此外，为了防震，晶圆工厂的地基需要打到岩石层。
中高端igbt，打造新能源汽车的性能标杆
得益于在igbt领域的成果，比亚迪电动汽车的超凡性能得以成功落地，并具有持续迭代升级的能力。双模“542”黑科技：igbt为比亚迪电动车提供对电流的准确、有效控制，使得比亚迪全新一代唐dm得以实现百公里加速4.5秒、全时电四驱、百公里油耗2升以内，从超强加速、全时电四驱、超低油耗三方面重新定义高性能汽车标准。纯电超凡性能：在比亚迪igbt对电流准确、有效的控制下，比亚迪全新一代唐ev的百公里加速时间达到行业领先的4.4秒。同时，比亚迪igbt在芯片损耗、电流输出能力等方面的优异性能，极大提升驱动系统的工作效率，和电池等其他关键技术一起，将比亚迪全新一代唐ev等纯电动车的续航里程提升到了600公里(60km/小时等速行驶情况下)。
未来市场趋势及商业规模
2017年，中国国内的igbt市场规模约121亿元(含车规级及工业级)，约占全球总需求的50%。但我国igbt起步较晚，国内市场份额主要被国际巨头垄断，国产化率只有11%，进口依赖程度较高，国产替代空间巨大。2018-2020年，中国新能源汽车产量年复合增长率将超过40%：2018年，中国新能源汽车产量有望达到100万辆。按国家制定的“2020年当年销量达到200万辆产销量”的目标，2018-2020年中国新能源汽车产量年复合增长率将超过40%。2018-2025年期间，在中国，新能源汽车及相关产业带动的igbt市场规模共计超过1200亿元。全球范围内，igbt供货周期延长，随着新能源汽车的爆发，未来几年供不应求趋势将更加明显。
比亚迪投巨资布局第三代半导体材料sic
比亚迪投巨资布局第三代半导体材料sic(碳化硅), 目前已大规模用于车载电源, 有望于2019年将推出搭载sic电控的电动车，预计2023年采用sic基半导体全面替代硅基半导体(如硅基igbt)，引领下一代电动车芯片变革。
凭借更加优异的性能，sic基半导体取代硅基半导体将是大势所趋，预计未来几年硅基igbt将在汽车领域逐步被淘汰。比亚迪投巨资布局sic基半导体，整合全产业链：材料(高纯碳化硅粉)、单晶、外延、芯片、封装等。比亚迪已经成功研发了芯片损耗更低、电流输出能力更强的sic mosfet(sic基半导体的一种)，目前已大规模用于车载电源，有望于2019年将推出搭载sic电控的电动车。
比亚迪在功率半导体领域的愿景与规划
比亚迪立志于使比亚迪功率半导体芯片对于新能源汽车的意义，如高通之于手机、英特尔之于电脑；成为全球最大的车规级功率半导体供应商；成为(车规级)功率半导体领域的全球领导者，为“中国芯”腾飞添砖加瓦。
(责任编辑：戴贤军)