打破“一芯难求”，比亚迪推IGBT4.0征战新能源市场

时代财经APP记者 李卓玲

今年以来，在整体车市下行的大趋势下，新能源汽车市场却保持着十分强劲的增长势头。据中汽协数据显示，今年1-10月我国新能源汽车产销分别完成87.9万辆和86万辆，分别比去年同期增长70%和75.6%。而按国家制定的“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%，可见，未来几年新能源市场将继续成为拉动整体汽车市场增长的重要力量。

在新能源汽车产销量爆发的大趋势下，包括动力电池及IGBT（绝缘栅双极型晶体管）在内的新能源汽车核心器件将迎来黄金发展期。不过，相比目前发展较快的电池产业而言，IGBT的发展还较为滞后，中高端IGBT产能相对不足，同时，由于长期依赖国际巨头，“一芯难求”亦成为制约新能源汽车发展的主要瓶颈之一。

而在此现状下，包括比亚迪在内的中国本土企业都在寻求破局。

解密车规级IGBT4.0

12月10日，比亚迪IGBT电动中国芯核心技术解析会在宁波举行，会上，比亚迪重点展示了其自主研发的全新车规级产品IGBT4.0。

事实上，IGBT作为新能源汽车最核心的技术之一，其好坏直接影响电动车功率的释放速度，包括直接控制直、交流电的转换，同时对交流电机进行变频控制，决定驱动系统的扭矩（直接影响汽车加速能力）、最大输出功率（直接影响汽车最高时速）等，被称为电力电子装置的“CPU”。

而据比亚迪方面称，IGBT4.0在技术指标和工艺指标等方面皆达到较为领先的水平。其中，在芯片损耗上，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%。

同时，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。而在电流输出能力方面，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。

车规级产品IGBT4.0的成功研发，助力比亚迪IGBT朝着中高端方向迈进一步，并在一定程度上提升其新能源汽车性能。据介绍称，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。此外，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4.4秒。而比亚迪IGBT在芯片损耗、电流输出能力等方面的性能，则较大程度地提升驱动系统的工作效率。

而事实上，相比工业级IGBT，车规级IGBT的研发及应用目前面临着不少挑战。一方面，汽车的大众消费属性，对IGBT的寿命要求比较高，如设计寿命在20年以上，并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。

在多种因素的综合影响下，无论是技术难度、应用场景，还是可靠性方面，车规级IGBT对器件本身的要求都较为严苛。而比亚迪IGBT4.0的自主研发，在一定程度上亦促成了国产化车规级IGBT技术的突破。

IGBT破局：从0到1

而事实上，作为我国首个实现车规级IGBT规模量产的车企，比亚迪在IGBT的研发及推进中，经历了“从0到1”的过程。

比亚迪在IGBT的研发投入要追溯到2005年，彼时的比亚迪刚组建IGBT研发团队，正式进军IGBT领域。随后，2008年，比亚迪以1.71亿元资金收购宁波中纬六英寸生产线，意在打造其汽车电子功率半导体的产业链，这在当时被看做是比亚迪的一场“豪赌”。

然而，事实证明比亚迪押对了“赌注”，在其后的一年，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，意味着中国在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较大的影响。

随后，2015年10月，深圳比亚迪微电子有限公司与上海先进半导体制造股份有限公司签订建立战略产业联盟合作协议，共同打造IGBT国产化产业链。

而时至今日，比亚迪已发展为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。同时，据比亚迪方面称，在车规级领域，比亚迪已突破了晶圆设计、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。

但是，与比亚迪IGBT研发进程的稳步推进不同的是，现时不少相关产业链的企业仍不具备大批量自主生产IGBT的能力，这也导致了中国IGBT市场一直被国际巨头垄断，近90%的份额掌握在英飞凌、三菱等海外巨头手中。

不过，IGBT的开发确实存在着不少难点，主要体现在芯片和模块等要求上。首先，在芯片要求方面，存在芯片微观结构电路微小繁多、设计难度高、晶圆制造工艺难度大及洁净度要求非常高等难题；其次，在模块要求上，IGBT模块设计难度大，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，同时，IGBT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。

而多重难点下，亦在一定程度上制约了IGBT国产化的进程。

“国产芯”借新能源汽车“沃土”发力

据中信建投数据显示，去年中国国内的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%。但目前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。然而，任何事都存在两面性，目前市场占有量少，或也就意味着未来国产替代空间巨大。

值得一提的是，12月6日，中国汽车工业协会副秘书长师建华在深圳举行的2018 APEC起点新能源年会上指出，“今年新能源汽车持续增长，明后年都会成为中国汽车增长的动力。而预计今年年底，可销售118万辆新能源汽车，到2020年可完成200万辆的新能源汽车销售目标。”而按国家制定的“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%。

伴随新能源汽车产销量爆发，功率半导体需求激增，相关行业将迎来黄金发展时期。据集邦咨询数据显示，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。

显然，新能源汽车不仅是节能环保的迫切需求，也是我国汽车产业转型升级的一个突破口，而IGBT作为新能源汽车动力、电源系统中的核心器件，将随之迎来绝佳的发展机遇。

同时，由于新能源汽车增速显著高于车规级IGBT增速，两者的增速不匹配，将导致IGBT供货愈加紧张，而此情况在主要依赖进口的中国市场而言，车规级IGBT的缺货情况将更为严峻。不过，IGBT供需缺口亦成为了资本及技术的风口，让中国企业看到了机会。

微电子分析师周生明对时代财经表示，“随着新能源市场的发展，电力电子的发展，及传统电能线的改造等都急需关键元器件，IGBT需求大，但现时技术产品满足不了，因此有待突破，在这方面比亚迪是走在前列的。”

事实上，中国新能源汽车产业的发展离不开关键零部件的支持，随着“中国制造2025”等利好政策和“中国芯”等概念的提出，以及芯片进口替代需求强烈，政府方面也在大力支持国内厂商自主研发芯片。目前，国内出现了一批IGBT方面的公司，并取得了令人欣喜的成绩，例如中车时代电气、比亚迪、华微电子等。

在一众发力IGBT市场中，不乏有主机厂布局的身影。不过，与比亚迪自主研发不同，大多主机厂主要通过与有相关技术的零部件企业联合打造，如去年底北汽新能源汽车联合江苏宏微科技股份有限公司成立宏微-北汽新能源IGBT联合实验室，计划从芯片设计到模块设计与封装再到电机控制器设计与生产；而今年上半年，上汽集团亦联合英飞凌成立合资企业上汽英飞凌汽车功率半导体（上海）有限公司，模块封装项目计划在今年下半年量产。

当然，作为掌握功率半导体和电池“双芯”、电机、电控等电动车全产业链核心技术的比亚迪，在推进相关技术革新方面自然是不甘示弱的。比亚迪称，将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, 2019年底将推出中国首辆搭载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）。

周生明表示，“现在的国际环境及发展现状逼迫中国企业必须加快自主创新，满足自身市场和产品的需要，要不然随时会受制于人，会很被动。中国市场那么大，布局该产业市场空间和前景非常光明，不过一定要加强自主研发，不能直接套用别人的。”

而事实上，伴随着新能源汽车的发展，无论是功能重要性还是技术发展难度而言，IGBT显然已成为新能源新能源汽车发展的关键因素之一。而在助力中国汽车工业的发展道路上，自主设计制造国产化IGBT芯片，才能不受制于其他外国企业，并进一步在激烈的竞争中抢占行业高点，助力“弯道超车”。

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百公里加速4.4秒！比亚迪首发IGBT4.0，打造电动中国芯

南都讯 记者刘晨 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。IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)全称“绝缘栅双极型晶体管”。对电动车而言，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。通俗来讲，IGBT就是电动汽车的CPU，也因设计门槛高、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”。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。【视频编辑：蔡红玲 剪辑：杨达吾】

你不知道的比亚迪另一项业务 详解打破国外垄断的 IGBT 4.0

或许说到纯电动车你最熟悉的就是电池、电机、续航里程；更熟悉一点的朋友会知道电池能量密度、永磁同步电机、交流异步电机等等。但可能会有很少的朋友会知道有一个叫“IGBT”零部件也是新能源车里非常重要的部分，而且目前这个零部件基本都被国外的企业所垄断。但从现在开始，这种垄断局面将由比亚迪来打破。

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，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。而比亚迪目前也是中国第一家实现车规级 IGBT 大规模量产、也是唯一一家拥有 IGBT 完整产业链的车企。

先来回答第一个问题，什么是 IGBT？

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 全称“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”。对于电动车而言，IGBT 是直接控制驱动系统直、交流电的转换，同时对交流电机进行变频控制，决定了车辆的扭矩和最大输出功率等。

比亚迪车规级 IGBT

它有什么作用？

简单的理解，它就是车内电能的转换器，把电池系统的电能转换成适合的大小从而来驱动各个零部件（包括电机、空调等等）的工作，对于提高车辆的用电效率能起到关键的作用。目前 IGBT 技术主要还是掌握在国外其它的国际巨头手上，目前纯电动车应用的大部分都是来自于德国英飞凌。

IGBT 在一辆新能源车上发挥的作用

IGBT 难在哪里？

根据击穿电压（VBR）区分，IGBT 有 600V、650V、750V、1200V、1700V、2500V、3300V、4500V 和 6500V。1200V 及以下主要用在工业、汽车、家电等，属于低压类别；轨道交通主要使用的是 2500V~6500V 的 IGBT；电网主要使用 6500V 的 IGBT。

工业级别的 IGBT 和车规级的 IGBT 是不一样的，一方面它的寿命要求更高，一般要在 20 年以上，需要满足使用寿命期间数十万次甚至百万次的功率循环要求。另一方面，汽车需要面对的使用环境更加复杂，包括频繁的启停、各种爬坡涉水、高温、高寒、高振动等各种工况，对于 IGBT 的装配体积和散热效率要求都非常高。

IGBT 晶圆

此外车规级的 IGBT 也要求价格必须保持在合理的区间，毕竟乘用车是面向大众消费市场的产品。因此也就相当于车规级的 IGBT 要求要有高性价比的同时也要有高可靠性。

以上是对 IGBT 产品方面的高要求，从制造研发方面来看，IGBT 也要求非常高。首先是芯片层面，IGBT 芯片只有人指甲大小，需要在上面蚀刻十几万乃至几十万的微观结构电路，设计难度高。

晶圆（用于集成各种电路结构的载体）制作工艺难度大，采用最新的1200V FS技术的IGBT，需要将晶圆减薄到120um（约两根头发丝直径）的厚度，再进行10余道工序加工。同时制作晶圆的厂房对于洁净度的要求非常高，一个零点几微米的微尘掉落在晶圆上，就会造成一颗IGBT芯片失效。

IGBT 加工制造难度高

其次从模块层面来讲，设计时需要考虑材料匹配、散热、结构、功率密度、外观以及重量等多项指标，设计难度非常大。同时 IGBT 模块制造过程中大面积芯片的焊接需要在 0.1Kpa 的高真空下进行，作为参考，海平面标准的大气压为 101.325Kpa。

在真空科学中，真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态。

比亚迪 IGBT 研发历程

国外厂商由于起步早，目前已经建立了较高的技术壁垒，同时国外高端制造业水平比国内要高很多，一定程度上支撑了国际厂商的技术优势。另一方面国内高铁、智能电网、新能源与高压变频器等领域所采用的 IGBT 模块规格在 6500V 以上，技术壁垒较强，并且核心技术也都掌握在国外企业手上，所以长期以来中国 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。

比亚迪 IGBT 发展研发历程

不过在车规级 IGBT 领域，比亚迪昨晚发布的 IGBT 4.0 已经可以达到与国际主流水平一较高下的水平了。而回顾比亚迪 IGBT 的研发历程，从 2005 年开始，到今年已经走过了 13 个年头。用比亚迪第六事业部总经理陈刚的话来说，IGBT 并不是靠砸钱就能砸出来的。

2005 年比亚迪组建 IGBT 研发团队，正式布局 IGBT 产业；

2007 年建立 IGBT 模块生产线，完成首款电动汽车 IGBT 模块样品组装；

2008 年投资建立晶圆工厂，同一年比尔盖茨到访了解比亚迪 IGBT 产品；

2009 年比亚迪 IGBT 1.0 芯片研发成功，通过中国电力电子协会组织的科技成果鉴定；

2010 年自主研发的 IGBT 产品批量供货给自家的新能源汽车 F3DM；

2011 年自主研发的 IGBT 芯片开始在纯电动汽车 e6 上批量装车；

2012 年全球首创将航空航天级 AlSiC（碳化硅铝）材料大批量用于车用 IGBT 模块，同年 IGBT 2.0 芯片成功；

2013 年搭载 IGBT 2.0 芯片的模块通过汽车全面认证；

2014 年搭载 IGBT 2.0 芯片的模块在 e6、K9 等新能源车型上批量装车；

2015 年 IGBT 芯片研发成功，首款大巴专用 IGBT 模块研发成功；

2016 年搭载 IGBT 2.5 芯片的模块批量装车，同年 IGBT 模块工厂通过标准认证；

2017 年 IGBT 4.0 芯片研发成功，同年首款双面水冷 IGBT 模块研发成功；

2018 年搭载 IGBT 2.5 芯片的模块开始批量外供，同年搭载 IGBT 4.0 芯片的模块顺利装车；

2019 年将推出首个 SiC（碳化硅）电控的电动车；

比亚迪 IGBT 4.0 有什么亮点？

从上面比亚迪 IGBT 发展里程可以看到，今晚发布的 IGBT 4.0 芯片在去年就已经研发成功，不过在今年才首次顺利装车，首款装车的产品便是全新一代唐 DM，如果没有记错的话，秦Pro 搭载的也是 IGBT 4.0。

比亚迪 IGBT 4.0 晶圆结构

IGBT 产品规格：

电压规格：1200V

电流规格：25-200A

工作频率：标准型 1-16KHZ 快速型 16-25KHZ

IGBT 应用领域：

汽车牵引公里驱动

汽车空调变频与制热

汽车转向助力系统

工业感应加热电器、电焊机、变频器等

比亚迪这次全新推出的 IGBT 在诸多关键性技术指标上都要优于目前市场主流产品，比如电流输出能力以及温度循环寿面要比当前市场主流更高、同等工况下的综合损耗也要比当前市场主流的 IGBT 产品要更低。

比亚迪 IGBT 4.0 特点：能耗更低、可控性更好

官方的资料信息显示，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。

比亚迪 IGBT 4.0 相比主流产品总功耗降低约 20%，整车综合电耗约降低 0.6kWh

同等工况下，综合损耗较当前市场主流的产品降低了 20%，使得整车的电耗显著降低。以全新一代唐为例，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%。

提前布局第三代 SiC 整车性能再提升 10%

随着电动车性能的不断提升，对功率半导体组件也提出了更高的要求，当下的 IGBT 也已经将近逼近硅材料的性能极限。业界都在寻求更低芯片损耗、更强电流输出能力以及更耐高温的全新半导体材料，而这种材料便是 SiC（碳化硅）。

SiC 材料

目前特斯拉 Model 3 已经率先应用了采用 SiC 的 IGBT，而昨晚的发布会上比亚迪也宣布，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 SiC 模块

至于什么产品会搭载全新的 IGBT，大家可以自己猜测一下，比如比亚迪计划中的电动跑车--汉。

编辑总结/

比亚迪 IGBT 4.0 的推出，意味着纯电动车这一关键的零部件不再被国外企业所垄断，IGBT 4.0 在各项关键性能上已经超过了国外主流的产品。这不单是对于比亚迪，更是国内整个新能源产业的一大步。这也是继电池之外，又一项核心技术被牢牢的掌握在国内企业的手中，接下来更先进的 SiC MOSFET 也将进一步助力国内新能源车产业的发展。