數(shù)據(jù)顯示,，2018年1-10月的全球新能源乘用車銷量達(dá)到148.3萬輛，預(yù)計全年將突破200萬輛,。全球主要國家的新能源乘用車銷量中,，中國在2018年1-11月新能源乘用車銷量就高達(dá)88.6萬輛，同比增幅84.8%,，預(yù)計全年將超過100萬輛,。

隨著產(chǎn)銷量攀升，新能源汽車的整體配套產(chǎn)業(yè)鏈也在同步迅猛發(fā)展,。例如我們經(jīng)常看到的動力電池產(chǎn)能高速擴(kuò)張,、新材料電池研究不斷創(chuàng)新以及用于電驅(qū)動技術(shù)的多級減速器等等,。不過，在我們關(guān)注這些“明星”技術(shù)產(chǎn)業(yè)的同時,，還有一個始終在后背默默付出,、且在整車制造成本中僅次于動力電池的電子元器件顯得愈發(fā)重要，它就是EV君今天要談?wù)摰闹鹘荌GBT,。

看起來有些神秘的IGBT到底是什么,？

IGBT為英文Insulated Gate Bipolar Transistor的縮寫,，中文名稱為絕緣柵雙極型晶體管。我們知道,，電動汽車在取消內(nèi)燃機(jī)和傳統(tǒng)變速箱后,，尤以電機(jī)、電池,、電控這三電系統(tǒng)最為重要,，而IGBT正是這些高壓電驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵組件之一。

在一臺純電動汽車中,，IGBT約占電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)成本的一半,，而電機(jī)驅(qū)動系統(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,，也決定了整車的能源效率。而且除電驅(qū)動系統(tǒng)外,，整車包括高壓充電機(jī),、空調(diào)系統(tǒng)等多個電氣組件均需使用到IGBT。舉例來說,，一臺特斯拉Model X使用132個IGBT管,，由英飛凌公司（Infineon）提供。其中后電機(jī)為96個,，前電機(jī)為36個,，每個單管的價格大約為4-5美元，合計大約需650美元,。

從功能上來說,，IGBT就是一個電路開關(guān)，只不過不像家里的電燈,、電視等開關(guān)由物理按鈕控制,，它是由計算機(jī)控制通過電信號來開關(guān)的。對于電動汽車來說,，IGBT的作用是交流電和直流電的轉(zhuǎn)換,，同時還承擔(dān)了電壓高低轉(zhuǎn)換的功能。充電時是交流電,，需要通過IGBT轉(zhuǎn)變成直流電然后輸送給電池,，過程中需要把220V電壓轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾妷汉蟛拍芙o電池組充電；電池放電時,，通過IGBT把直流電轉(zhuǎn)變成交流電機(jī)使用的交流電,，同時起到對交流電機(jī)的變頻控制，當(dāng)然變壓是必不可少的。

IGBT是功率半導(dǎo)體器件,，是電動車的核心部件之一,，IGBT性能的好壞直接影響電動汽車的使用壽命、功率釋放速度,、能耗表現(xiàn)等,。

IGBT的行業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展前景

預(yù)計2022年全球新能源汽車年產(chǎn)銷量將達(dá)到600萬輛，2018-2022年年均復(fù)合增長率達(dá)30%,。但同期車規(guī)級IGBT市場的年均復(fù)合增長率僅為15.7%（IGBT產(chǎn)業(yè)整體同期為8.2% ）,。可以預(yù)見,，未來幾年全球車規(guī)級IGBT市場的供求將愈加緊張,。而在中國，這個情況或許會更為嚴(yán)峻,。按照此前工信部,、發(fā)改委、科技部聯(lián)合發(fā)布的《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》,，2020年單年和2025單年,，中國新能源汽車的年產(chǎn)量將分別達(dá)到200萬輛和700萬輛。

由此預(yù)測,，2018-2020年和2020-2025年間中國新能源汽車的增速將分別達(dá)到40%和28.47%,。在此背景下，車規(guī)級IGBT主要依賴進(jìn)口的中國面臨的供應(yīng)形勢將非常嚴(yán)峻,。

制約國內(nèi)IGBT行業(yè)發(fā)展的困難主要包括芯片設(shè)計難度較高,、加工精度要求較高、圓晶制造工藝難度大以及缺乏對應(yīng)的高新技術(shù)設(shè)備等,。舉個例子,，在圓晶薄片加工處理上，采用最新的1200V FS技術(shù)的IGBT,，需要將晶圓減薄到120um的厚度,，再進(jìn)行10余道工序加工。過程中對廠房潔凈度要求非常高,，需要一級凈化,，一個零點(diǎn)幾微米的微塵掉落在晶圓上，就會造成一顆IGBT芯片失效,。

而IGBT芯片僅有人的指甲大小,，卻要在其上蝕刻十幾萬乃至幾十萬的微觀結(jié)構(gòu)電路，僅能在50萬倍的電子顯微鏡下查看,。因此。IGBT被業(yè)內(nèi)稱為電動車核心技術(shù)的“珠穆拉瑪峰”,，長期以來,，IGBT的核心技術(shù)始終掌握在國外廠商手里,。

比亞迪扛起國內(nèi)車規(guī)級IGBT制造大旗

令人欣慰的是，作為國內(nèi)新能源汽車領(lǐng)導(dǎo)者,，一向以技術(shù)自居的比亞迪正在努力的攀登這座高峰,。十幾年前，當(dāng)外界還不看好電動車的前景,、甚至對IGBT還不太了解的情況下,，在2003年就開始布局電動車的比亞迪就預(yù)見IGBT將會是影響電動車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，在研發(fā)團(tuán)隊組建,、產(chǎn)線建設(shè)等各方面投入重金,，默默布局IGBT產(chǎn)業(yè)。

?2005年,，比亞迪組建IGBT研發(fā)團(tuán)隊,，正式進(jìn)軍IGBT領(lǐng)域。
?2008年10月,，比亞迪收購寧波中緯半導(dǎo)體晶圓廠,。
?2009年9月，比亞迪IGBT芯片通過中國電器工業(yè)協(xié)會電力電子分會組織的科技成果鑒定,，標(biāo)志著中國在IGBT芯片技術(shù)上實(shí)現(xiàn)零的突破,，打破了國際巨頭的技術(shù)壟斷。
?目前,，比亞迪是中國唯一一家擁有IGBT完整產(chǎn)業(yè)鏈的車企：包含IGBT芯片設(shè)計和制造,、模組設(shè)計和制造、大功率器件測試應(yīng)用平臺,、電源及電控等,。

經(jīng)過十余年努力，比亞迪目前已成功研發(fā)出全新的車規(guī)級產(chǎn)品IGBT4.0,，在芯片損耗,、模塊溫度循環(huán)能力、電流輸出能力等關(guān)鍵指標(biāo)上,，比亞迪IGBT4.0產(chǎn)品達(dá)到全球領(lǐng)先水平,，成為車規(guī)級IGBT的標(biāo)桿。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,，包括：

1. 電流輸出能力較當(dāng)前市場主流的IGBT高15%,，支持整車具有更強(qiáng)的加速能力和更大的功率輸出能力。

2. 同等工況下,，綜合損耗較當(dāng)前市場主流的IGBT降低了約20%,。這意味著電流通過IGBT器件時，受到的損耗降低，使得整車電耗顯著降低,。以比亞迪全新一代唐EV為例,，在其他條件不變的情況下，僅此一項技術(shù),，就成功將百公里電耗降低約3%,。

3. 溫度循環(huán)壽命可以做到當(dāng)前市場主流IGBT的10倍以上。這意味著比亞迪電動車在應(yīng)對各種極端氣候,、路況時,，能有更高的可靠性和更長的使用壽命。此前,，比亞迪電動車就以其優(yōu)異的性能與穩(wěn)定的可靠性,，完成了從新疆吐魯番的高溫，到北歐的極寒,、再到西藏高原的高海拔等全球最嚴(yán)苛自然環(huán)境的測試,，并在全球300多個市場成功經(jīng)歷了各種氣候、路況,、駕駛習(xí)慣的考驗(yàn),，得到廣泛認(rèn)可。

在工藝指標(biāo)方面,，大規(guī)模應(yīng)用的1200V車規(guī)級IGBT芯片的晶圓厚度上,，比亞迪處于全球先進(jìn)水平，可將晶圓厚度減薄到120um（約兩根頭發(fā)絲直徑）,；為保證產(chǎn)品質(zhì)量,，比亞迪IGBT生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度要求達(dá)到最高等級的一級，即指每立方英尺（0.0283立方米）中,，直徑超過0.5微米的微塵離子不能超過1個,；晶圓的制造用水，標(biāo)準(zhǔn)需達(dá)到超純水（也就是幾乎去除氧和氫以外所有原子的水）,，為達(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn),，需要經(jīng)過20多層凈化；為保證產(chǎn)品品質(zhì),，晶圓生產(chǎn)所需的光刻機(jī)需要保持平穩(wěn),。

在晶圓工廠，光刻機(jī)需要放在特制的防震臺上,，避免路過的車輛,、甚至從旁經(jīng)過的人的腳步對其的影響。此外,，為了防震,，晶圓工廠的地基需要打到巖石層,。

得益于在IGBT領(lǐng)域的成果，比亞迪電動汽車的超凡性能得以成功落地,，并具有持續(xù)迭代升級的能力,。在比亞迪IGBT對電流準(zhǔn)確,、有效的控制下,，比亞迪全新一代唐EV的百公里加速時間達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先的4.4秒。同時,，比亞迪IGBT在芯片損耗,、電流輸出能力等方面的優(yōu)異性能，極大提升驅(qū)動系統(tǒng)的工作效率,，和電池等其他關(guān)鍵技術(shù)一起,，將比亞迪全新一代唐EV等純電動車的續(xù)航里程提升到了600公里（60KM/小時等速行駛情況下）。

比亞迪提前布局SiC,，欲再度引領(lǐng)未來

“馴服”了IGBT,，比亞迪又將目光投向了更遠(yuǎn)的未來。

雖然在未來較長一段時間內(nèi),，IGBT仍將供不應(yīng)求,。但比亞迪也已預(yù)見到，隨著電動車性能不斷地提升,，對功率半導(dǎo)體組件提出了更高的要求,，當(dāng)下的IGBT也將逼近硅材料的性能極限。尋求更低芯片損耗,、更強(qiáng)電流輸出能力,、更耐高溫的全新半導(dǎo)體材料，已成為學(xué)界和業(yè)界的普遍共識,。

據(jù)悉,，比亞迪已投入巨資布局第三代半導(dǎo)體材料SiC，并將整合材料（高純碳化硅粉）,、單晶,、外延、芯片,、封裝等SiC基半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈,，致力于降低SiC器件的制造成本，加快其在電動車領(lǐng)域的應(yīng)用,。

比亞迪近日宣布,，已經(jīng)成功研發(fā)了SiC MOSFET（汽車功率半導(dǎo)體包括基于硅或碳化硅等材料打造的IGBT或 MOSFET等），有望于2019年推出搭載SiC電控的電動車,。預(yù)計到2023年,，比亞迪將在旗下的電動車中,，實(shí)現(xiàn)SiC基車用功率半導(dǎo)體對硅基IGBT的全面替代，將整車性能在現(xiàn)有基礎(chǔ)上再提升10%,。

十多年前,，比亞迪打破國際巨頭對IGBT的技術(shù)壟斷，助力我國電動車的快速發(fā)展,；今天,，比亞迪推出了全新的車規(guī)級IGBT4.0，為我國汽車產(chǎn)業(yè)的換道超車,，提供強(qiáng)大的“中國芯”,。未來，伴隨著SiC的推出與大規(guī)模應(yīng)用,，比亞迪立志成為全球最大的車規(guī)級功率半導(dǎo)體供應(yīng)商,，使比亞迪功率半導(dǎo)體芯片對于新能源汽車的意義，如高通之于手機(jī),、英特爾之于電腦,，成為（車規(guī)級）功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，為“中國芯”騰飛添磚加瓦,。

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