【EV视界报道】几乎所有人都知道，三电系统作为新能源汽车最关键的核心技术，已经成为了能否保持新能源汽车继续快速发展的重要因素。而相比于已经逐渐被消费者所熟悉的动力电池技术外，在新能源汽车中还有一个十分重要的关键组件，它就是“IGBT”。但是，就是这样一个关键组件，由于在国内的发展严重滞后，所以导致中国IGBT市场90%的份额掌握在一些海外巨头手中。
不过，随着当前自主品牌的不断发展，这种局面已经发生了悄然变化。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IGBT 4.0技术，再一次展示出其在电动车领域的领先地位。而这也意味着，比亚迪在汽车能源变革的关键时期，已经将主动权牢牢掌握在自己手中。
IGBT技术落后制约了新能源汽车的大规模商业化
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），中文名称为绝缘栅双极型晶体管，是影响电动车性能的关键技术，成本占整车成本的5%左右，是除了电池之外成本第二高的核心元件。其作为一种大功率的电力电子器件，应用于轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车、新能源装备以及工业领域，主要作用是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，因此也被称为电力电子装置的“CPU”。
IGBT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，因此也可以理解为一个“非通即断”的开关。采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，对于纯电动车而言，IGBT的使用有助于降低能耗，提升续航里程。
但是，就是这个关键技术，生产工艺要求十分严格，不仅工艺流程复杂，更要求极致的精密操作，长期以来，IGBT芯片设计门槛高，资本投入高，生产流程复杂，需要完善的专业人才储备，使得IGBT只有国外少数芯片厂商能够量产。所以，我们常见的大部分自主品牌使用的IGBT只能依靠进口，因此这也是导致该技术在国内发展滞后的主要原因。
IGBT技术——新能源核心技术的“珠穆朗玛峰”
在业内，IGBT因技术难和投资大，与动力电池一样，被称为新能源汽车核心技术的“珠穆拉玛峰”，长期以来制约了新能源汽车的大规模商业化。而总结起来，其难点主要存在于芯片和模块。
IGBT的尺寸仅有指甲大小，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。而且其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。
另外，其晶圆制造工艺难度也非常大，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。而且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。
而在模块设计难方面，IGBT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。而在模块的制造中，大面积芯片的无空洞焊接（无空洞焊接需要在1mBar <即0.1Kpa>的高真空下进行；与之相比，海平面的标准大气压的值为101.325kPa）、高可靠性绑线工艺和测试等也都是难点。因此综合来看，IGBT的研发并不是一朝一夕就能完成的，需要克服很多困难。不过，目前比亚迪已经实现了车用IGBT芯片的自主研发，并且经过多年的努力，大幅提升了良率，保障了品质稳定性，使得这项技术得以全面应用。
十余年耕耘比亚迪成为车规级IGBT的标杆
据相关统计，从2015到2017年，比亚迪电动车的销量已经连续三年位居全球第一。而取得如此优异成绩的背后与比亚迪在IGBT等核心技术领域的超前布局密不可分。
作为国内新能源汽车领域的领军品牌，比亚迪早在十多年前就已经默默布局电动车的核心技术，并且一开始就密切IGBT等电动车核心技术的自主研发和创新。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，是中国唯一一家拥有IGBT完整产业链的车企。而经过10余年的技术积累，比亚迪IGBT不断迭代更新。此次推出的比亚迪IGBT4.0，便已经在诸多关键技术指标上都优于当前市场主流产品。
其中，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%。而且其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。另外，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。
而除了上述优势之外，比亚迪认为，随着电动车性能不断地提升，对功率半导体组件也将提出更高的要求，因此当下的IGBT也将逼近硅材料的性能极限。据悉，比亚迪已投入巨资布局第三代半导体材料SiC，并将整合材料（高纯碳化硅粉）、单晶、外延、芯片、封装等SiC基半导体全产业链，致力于降低SiC器件的制造成本，加快其在电动车领域的应用。
据比亚迪表示，其已经成功研发了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），并且有望于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%。
编辑点评：在过去相当长的时间里，IGBT的核心技术始终掌握在国外厂商手里，中高端IGBT市场90%的份额被国际巨头垄断，导致“一芯难求”，成为制约我国电动车行业健康、快速发展的主要瓶颈。而比亚迪打破国际巨头对IGBT的技术垄断，助力我国电动车的快速发展。今天，比亚迪推出了全新的车规级IGBT4.0，为我国汽车产业的换道超车，提供强大的“中国芯”。因此，我们也有理由相信，在未来比亚迪将为我们带来更多惊喜。
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