經(jīng)常會(huì)有人問王傳福，比亞迪的技術(shù)積累到底怎么樣？早些年被汽車圈稱為“狂人”的王傳福，他總是這樣回答道：“比亞迪有技術(shù)‘魚池’，里面有各種各樣的技術(shù)，市場需要時(shí)，我們就撈一條出來，電動(dòng)車、軌道交通都是‘魚池’里的大魚?！?/p>

在去年的12月10日，比亞迪在寧波發(fā)布了車規(guī)級(jí)領(lǐng)域的IGBT4.0技術(shù)。也許，在這一天之前，除了業(yè)內(nèi)人士，普羅大眾對(duì)于IGBT都感到比較陌生。只是，現(xiàn)在比亞迪把IGBT這一個(gè)長期游離于大眾視野中，卻又是新能源汽車的“CPU”核心技術(shù)展示在聚光燈之下。

比亞迪 IGBT4.0核心技術(shù)解析會(huì)

這一次，比亞迪又撈出一條“大魚”，欲想把它變成下一個(gè)“獨(dú)角獸”。

IGBT有個(gè)看起來很專業(yè)的中文名字——絕緣柵雙極型晶體管。IGBT是由BJT(雙極結(jié)型晶體三極管) 和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管) 組成的復(fù)合全控型-電壓驅(qū)動(dòng)式-功率半導(dǎo)體器件,其具有自關(guān)斷的特征。

IGBT并不是近幾年的技術(shù)產(chǎn)物，它的技術(shù)發(fā)展歷史已經(jīng)有60多年。在近幾十年的發(fā)展中，IGBT已經(jīng)更新迭代到第六代，其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是向著降低損耗與降低生產(chǎn)成本而走。

如果我們從某一個(gè)維度去分析，比如從結(jié)構(gòu)上講，IGBT主要有三個(gè)發(fā)展方向：

·IGBT縱向結(jié)構(gòu)：非透明集電區(qū)NPT型、帶緩沖層的PT型、透明集電區(qū)NPT型和FS電場截止型；

·IGBT柵極結(jié)構(gòu)：平面柵機(jī)構(gòu)、Trench溝槽型結(jié)構(gòu)；

·硅片加工工藝：外延生長技術(shù)、區(qū)熔硅單晶；

比亞迪IGBT產(chǎn)品晶圓

就像開頭所說，可能在很多人眼里都是比較陌生的名詞。但其實(shí)IGBT在多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域都占據(jù)著極為重要的位置，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軌道交通、工業(yè)、航空航天、電動(dòng)汽車等不同行業(yè)領(lǐng)域。

盡管IGBT只有指甲蓋的大小，但是其身上布滿著十幾萬乃至幾十萬的微觀結(jié)構(gòu)電路，充當(dāng)著電子裝置“CPU”的角色，起著在能源轉(zhuǎn)換與傳輸中起著心臟般的重要作用。

之前大家曾經(jīng)一致地認(rèn)為，得電池者，便可得新能源汽車天下。但最近，這一論調(diào)漸漸又受到了質(zhì)疑。有些人認(rèn)為，IGBT才是新能源汽車的真正核心。

IGBT是新能源汽車中最重要的核心零部件之一，這是毋庸置疑。

IGBT是電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分最核心的元件。在電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，IGBT用于逆變器模塊，該模塊將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換交流電驅(qū)動(dòng)電機(jī)；在電源系統(tǒng)中，IGBT用于各種交流/直流與直流/直流變換器中，實(shí)現(xiàn)為蓄電池充電與完成所需電壓等級(jí)的電源變換等功能。同時(shí)，IGBT也是充電樁的核心部件。

也就是說，在電動(dòng)汽車電池組充放電、動(dòng)力系統(tǒng)，甚至空調(diào)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中都發(fā)揮這關(guān)鍵的作用。

我們都知道，之所以電池對(duì)于電動(dòng)汽車來說那么重要，除了它擔(dān)任著“能量驅(qū)動(dòng)”的角色以外，它的成本是整車第一高。只有控制了電池的成本，電動(dòng)汽車的成本才會(huì)降下來。

同樣的道理，IGBT約占電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本的一半，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)占整車成本的15-20%，也就是說IGBT占整車成本的7-10%，是除電池之外成本第二高的元件。

因此，把握住IGBT的成本也許也是制勝的一步。

要獲取制勝法寶，顯然是不易。

與工業(yè)級(jí)的相比，應(yīng)用于新能源汽車的IGBT技術(shù)有著更高的要求。

按照目前的市場情況，不斷擴(kuò)大的新能源汽車市場與需求，催生了專用于車機(jī)功率的電子器件。目前的汽車功率半導(dǎo)體是從工業(yè)電子器件演化而來，而經(jīng)過汽車認(rèn)證后的電子院器件作為車規(guī)級(jí)產(chǎn)品，需要有著更好、更可靠的性能。

另外，汽車的大眾消費(fèi)屬性對(duì)IGBT的壽命要求更高，只有滿足使用壽命內(nèi)數(shù)十萬次甚至是百萬次的功率循環(huán)要求的產(chǎn)品，才能在汽車領(lǐng)域被采納。也就是說，現(xiàn)在的汽車IGBT已經(jīng)走過了初期的“將就用”的階段，進(jìn)入了精細(xì)化設(shè)計(jì)時(shí)期。

隨著汽車智能化的發(fā)展，以及對(duì)于功能安全、使用情況的要求越來越高，作為被動(dòng)執(zhí)行的功率器件IGBT，在技術(shù)設(shè)計(jì)上需要額外增加邏輯判斷和保護(hù)功能。

比如說，在IGBT內(nèi)部需要增加溫度傳感器。當(dāng)系統(tǒng)可能出故障之時(shí)，可以做出初步判斷，再結(jié)合應(yīng)用，達(dá)到快速反饋到處理器的效果，嘗試降低車輛輸出扭矩和速度，形成診斷的閉環(huán)。這是IGBT由被動(dòng)執(zhí)行變?yōu)橹鲃?dòng)執(zhí)行的一個(gè)“角色轉(zhuǎn)換”。

按照目前的行業(yè)形勢(shì)，我國的電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的比較快，2018年我國動(dòng)力電池累計(jì)產(chǎn)量突破了65GWh，與日本、韓國形成“三足鼎立”的局面。

反觀 IGBT，國內(nèi)相關(guān)的企業(yè)技術(shù)發(fā)展卻是滯后。

IGBT猶如高嶺之花，因設(shè)計(jì)門檻高、制造技術(shù)難、投資大，很少人能把它摘取下來。此前，因?yàn)樵摷夹g(shù)主要掌握在國際巨頭手中，導(dǎo)致國內(nèi)甚至一度出現(xiàn)“一芯難求”的尷尬局面。

根據(jù)相關(guān)的報(bào)告顯示，中國功率半導(dǎo)體市場占世界市場的50%以上，但是掌握著IGBT主要研發(fā)技術(shù)的公司卻基本上被歐美、日本等國家所壟斷，如英飛凌、三菱、富士等巨頭企業(yè)。所以，中國的在中高端 MOSFET 及 IGBT 主流器件市場上，90％都是要依賴進(jìn)口。

這一次，比亞迪發(fā)布車規(guī)級(jí)領(lǐng)域的IGBT4.0技術(shù)，可以說在一定程度上改變了這個(gè)“尷尬”的情況。

據(jù)了解，比亞迪所推出的IGBT4.0，其稱之可達(dá)到“全球領(lǐng)先水平”。這當(dāng)然是充滿著公關(guān)氣味的描述，但也不能因此質(zhì)疑比亞迪IGBT4.0的實(shí)力。

從發(fā)布會(huì)我們可以得知，比亞迪IGBT4.0在諸多關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上都優(yōu)于當(dāng)前市場主流產(chǎn)品，如電流輸出能力較當(dāng)前市場主流的IGBT高15%；同等工況下，綜合損耗較當(dāng)前市場主流的IGBT降低了約20%；溫度循環(huán)壽命可以做到當(dāng)前市場主流IGBT的10倍以上……

顯然，國內(nèi)的行內(nèi)人士對(duì)于比亞迪都充滿著信心。中國電器工業(yè)協(xié)會(huì)電力電子分會(huì)秘書長蔚紅旗講道：“中國新能源汽車的‘中國芯’就在比亞迪，比亞迪在這方面給中國人爭了口氣。功率器件這塊如果國產(chǎn)做好了，不但別人卡不了脖子，我們自己也能省很多錢?！?/p>

成功一直都不是一蹴而就的事情。

比亞迪在IGBT已經(jīng)布局10余年有多，目前比亞迪已經(jīng)陸續(xù)掌握IGBT芯片設(shè)計(jì)和制造、模組設(shè)計(jì)和制造、大功率器件測試應(yīng)用平臺(tái)、電源及電控等環(huán)節(jié)，成為中國唯一一家擁有IGBT完整產(chǎn)業(yè)鏈的車企。

“當(dāng)初，我們做IGBT，是因?yàn)樾袠I(yè)里沒有標(biāo)準(zhǔn)、也沒有合適的器件，所以自己的團(tuán)隊(duì)搭建了這樣的能力，以前是自給自足。現(xiàn)在是一個(gè)開放型平臺(tái)，我們的IGBT器件秉持開放式心態(tài)，對(duì)外界的車廠做溝通和交流?！?nbsp;陳剛表示。

比亞迪雖然是國內(nèi)第一家擁有IGBT完整產(chǎn)業(yè)鏈的車企，但國內(nèi)緊盯著IGBT的不止比亞迪。

2017年年底，江蘇宏微科技股份有限公司就與北汽新能源汽車股份公司聯(lián)合成立宏微-北汽新能源IGBT聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室；2018年3月，上汽集團(tuán)股份有限公司與英飛凌以51：49股比合資成立的上汽英飛凌汽車功率半導(dǎo)體（上海）有限公司正式開業(yè)；4月，針對(duì)新能源市場，中科君芯推出新能源汽車領(lǐng)域DCS-IGBT芯片。

而縱觀全球，其實(shí)早已經(jīng)有擁有IGBT完整產(chǎn)業(yè)鏈車企的玩家在了。

有著“先見之明”的豐田就早早地選擇將IGBT管完全控制在自己手中，成為了全球唯一能夠自產(chǎn)IGBT管的汽車廠家。普銳斯也因此獲得強(qiáng)大的生命力，成為口碑極佳的強(qiáng)混合動(dòng)力車。

現(xiàn)在，被認(rèn)為是IGBT的下一代“拯救者”SiC（碳化硅）技術(shù)已經(jīng)嶄露頭角，豐田對(duì)于SiC的研究自上世紀(jì)80年代就開始了，比其他選手快樂30余年。

可想而知，與其他國家相比，我們還是有一定差距。

根據(jù)相關(guān)報(bào)告分析，2018-2025年期間，中國新能源汽車及相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)的IGBT市場規(guī)模共計(jì)超過1200億元。

無疑，新能源汽車帶給了IGBT更多無限的可能。同時(shí)，這里面也存在著無數(shù)的挑戰(zhàn)。需要注意的是，中國半導(dǎo)體需要快馬加鞭追上世界的潮流。從目前全球格局來講，我們現(xiàn)在也只能說是迎頭趕上。

作者|梁承賢

圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

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