核心技术岂能受制于人，比亚迪的IGBT技术实力到底如何？

不是电池电驱电控，新能源汽车的核心是igbt？对新能源汽车来说，电池、vcu、bsm、电机效率都缺乏提升空间，最有提升空间的当属电机驱动部分，而电机驱动部分最核心的元件igbt则是最需要重视的。12月10日，比亚迪在宁波举行车规级igbt4.0技术解析会，并在会上宣布：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电控模块的电动车。按照计划，到2023年，比亚迪旗下的电动车将全面搭载sic电控模块。据了解，此次发布的车规级igbt4.0，电流输出能力较当前市场主流的igbt高15%；而在同等工况下，综合损耗降低了约20%。以比亚迪全新一代唐为例，在其他条件不变的情况下，仅凭搭载igbt4.0此一项技术，便可使百公里电耗降低约3%。按照比亚迪的规划，2019年将推出搭载sic电控模块的电动车，到2023年比亚迪旗下的电动车将全面搭载sic电控模块。但这一性能更为优越的技术成本却高于目前igbt的10倍左右。据了解，受限于良品率和需求，目前sic材料的成本确实是igbt的8-10倍，但可使电动机的效率提升5-8%。这意味着续航里程可以得到同样的提升，促使电池成本的大幅下降。比亚迪第六事业部总经理陈刚坦言，目前正在对sic材料的成本与性能间的平衡进行优化，但无论如何，明年搭载sic电控模块的电动车会面向大众。神秘的igbt到底是什么？ igbt为英文insulated gate bipolar transistor的缩写，中文名称为绝缘栅双极型晶体管。是电能变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“cpu”，应用于直流电压为600v及以上的变流系统，如轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域。igbt是由 bjt(双极结型晶体三极管) 和 mos(绝缘栅型场效应管) 组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件,其具有自关断的特征。简单来讲，igbt是一个非通即断的开关，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。igbt融合了bjt和mosfet的两种器件的优点，如驱动功率小和饱和压降低等。igbt模块是由igbt与fwd（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品，具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点。igbt是能源转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，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。用最简单的语言概括igbt的功能和作用就是控制能源的变换和传输。也就是说，igbt的作用是交流电和直流电的转换，同时igbt还承担了电压高低转换的功能。外界充电时是交流电，需要通过igbt转变成直流电然后给电池，同时要把220v电压转换成适当的电压后才能给电池组充电；电池放电时，通过igbt把直流电转变成交流电机使用的交流电，同时起到对交流电机的变频控制，当然变压是必不可少的。成本方面，在一台纯电动汽车中，igbt约占电机驱动系统成本的一半，而电机驱动系统占整车成本的15-20%，也就是说igbt占整车成本的7-10%，是除电池之外成本第二高的元件，也决定了整车的能源效率。而且除电驱动系统外，整车包括高压充电机、空调系统等多个电气组件均需使用到igbt。举例来说，一台特斯拉model x使用132个igbt管，由英飞凌公司提供。其中后电机为96个，前电机为36个，每个单管的价格大约为4-5美元，合计大约需650美元。在新能源汽车领域，igbt发挥着至关重要的作用，是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件。igbt模块占电动汽车成本将近10%，占充电桩成本约20%。igbt主要应用于电动汽车领域中以下三个方面：电动控制系统，大功率直流/交流(dc/ac)逆变后驱动汽车电机；车载空调控制系统，小功率直流/交流(dc/ac)逆变，使用电流较小的igbt和frd；充电桩，智能充电桩中igbt模块被作为开关元件使用。为什么电动汽车需要igbt？外界充电的时候是交流电，需要通过igbt转变成直流电然后给电池，同时要把220v电压转换成适当的电压以上才能给电池组充电。电池放电的时候，把通过igbt把直流电转变成交流电机使用的交流电，同时起到对交流电机的变频控制，当然变压是必不可少的。igbt是功率半导体器件，可以说是电动车的的核心技术之一，igbt的好坏直接影响电动车功率的释放速度。比亚迪的igbt技术实力到底如何？十多年前，在外界还不看好电动车前景的时候，比亚迪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，同时拥有igbt完整产业链的车企。当然，igbt依然存在技术难点，主要包括芯片和模块两方面。研发制造难度极高。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；芯片设计难度高。igbt虽然是一个开关器件，但涉及到的参数多达十几个，很多参数之间是相互矛盾，需要根据应用折衷考虑；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120um（约两根头发丝直径）的厚度，再进行10余道工序加工；晶圆制造的厂房洁净度要求非常高，需要一级净化。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。比亚迪在电动车上应用自主研发igbt具有哪些优势？1、两个关键词，散热和背板工艺igbt的关键有两点，一是散热，二是背板工艺。igbt的正面工艺和标准bcd的ldmos没区别，差距主要体现在背面工艺：首先是减薄，约需减薄6-8毫米，减太多易碎片，减太少效果不明显；然后是离子注入，注入一层薄磷做缓冲层；接着是是清洗和金属化，在背面蒸镀一层钛或银。这些工艺不仅需要长期摸索，同时还需要针对工艺开发生产设备，只有对生产线和设备都非常精通的企业才能胜任，绝大多数厂家的igbt生产线设备都是内部开发的。igbt每升一级一代，无论硅片还是封装设备都需要企业内部完成，而中国习惯买生产线，根本没有自制设备的能力，更不要说升级设备。但是，现如今人们都把精力转移到igbt的封装上，也就是散热。车用igbt的散热效率要求比工业级要高得多，逆变器内温度最高可达大20度，同时还要考虑强振动条件，车规级的igbt远在工业级之上。2、下一代杀手锏-sic技术igbt的下一代sic（碳化硅）技术已经崭露头角，鉴于其重要性，比亚迪决定完全自主生产。 sic能将新能源车的效率再提高10%，这是新能源车提高效率最有效的技术。sic有多重要？目前限制sic应用主要是两方面，一是价格，其价格是传统si型igbt的6倍。其次是电磁干扰，sic的开关频率远高于传统si型igbt，回路寄生参数已经大到无法忽略。据了解，比亚迪投巨资布局第三代半导体材料sic，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）。比亚迪布局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。陈刚表示，实现sic基车用功率半导体对硅基igbt的全面替代，可将整车性能在现有基础上再提升10%，“sic t将成为比亚迪电动车性能持续迭代更新的新一代利器，同时比亚迪将加大开放力度，与国内新能源车企实现共同发展、合作共赢。总结虽然国内igbt企业在商业上完全不敌英飞凌、富士通、三菱等国外企业。诚然，国内大部分企业在igbt技术上和国外大厂差距明显。但是，国内已有不少芯片厂商，虽具备生产汽车级igbt的公司并不多，主要因前期的开发及验证期漫长，再加上国内业者都习惯即时上市的运作模式，比较缺乏耐心。对于新能源汽车的安全性问题，在看来，从业者须认识到，稳定、高效、安全、可靠的电池管理系统（bms）产品，是保障电动汽车正常运行的关键，而电池管理芯片是核心，只有芯片的国产化，中国新能源汽车才能真正增强竞争力。