比亚迪发布第四代IGBT芯片，称“核心技术将告别卡脖子”

12月10日，比亚迪在宁波开了一场发布会，没发新车，发了一款芯片——第四代IGBT，全拼和中文名是这样的 Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管芯片。SpGesmc

比亚迪宣布第四代IGBT多项参数优于行业平均水平，旗下新能源车的电驱性能，将凭借这一枚自产的控制电流开关的芯片，而取得优势性能。SpGesmc

此外，比亚迪称IGBT也将对国内新能源车厂开放供应，并有望打破国外半导体公司垄断国内IGBT市场的情况。SpGesmc

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从数码 3C 的电池到汽车动力电池，再到整车制造，比亚迪似乎无所不通，而这次不声不响弄了个芯片，再次再次刷新了坊间对其公司业务的认知。SpGesmc

IGBT是啥？

那么，IGBT究竟是何方神圣，引得比亚迪大张旗鼓地介绍，乃至用上了“核心技术告别卡脖子”这样的描述？SpGesmc

实际上，IGBT还真就是这样的核心技术，由于其地位之重要，又有“新能源车电驱系统CPU”之称。SpGesmc

IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管，是一种主要应用于600V以上电子电力领域的功率半导体。SpGesmc

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▲封装好的IGBT模块SpGesmc

与计算或存储用的半导体不同，IGBT的主要作用是“开关”。它能够支持在高电压、高电流负载下，对电路进行每秒数万次的开关。这种能力，使得它可以通过电路设计，被用于大电流、电压、频率、以及直流电与交流电的转换。SpGesmc

应用在电动汽车上，它成为了驱动电机核心中的核心——电动车的电池系统能够输出的是总额额定的直流电，而要自由控制汽车的电机，需要功率、频率可变、可控的交流电，此时IGBT的作用便体现了出来（反过来，电动车需要直流快充时，IGBT同样也在大功率变电中扮演重要角色）。SpGesmc

电动车之所以不需要设计复杂的发动机与变速箱等机械传统系统，IGBT的存在，可谓大功一件。SpGesmc

这样的关键部件，也成为电动车电驱系统成本的大头——直接占去了一半。而电驱系统在电动车整车的成本占比约为15-20%。这意味着单单是IGBT，就占去了整车成本的7-10%，因此，IGBT是新能源车产业链细分市场中，份额仅次于动力电池的大蛋糕。SpGesmc

比亚迪在日前宣布自家动力电池业务将拆分对外后，再度推出IGBT 4.0并且也将对外，意味着比亚迪在电动车产业链上游最大的两个领域，都拿到了一张硬通票。SpGesmc

比亚迪发布的 IGBT 4.0 有什么特点

和所有芯片一样，IGBT 的研发制造同样设计门槛高、制造技术难、投资大。SpGesmc

我们来看一下官方的「硬核」科普：SpGesmc

芯片要求：SpGesmc

• 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。
• IGBT 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。

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至于加装到车里还需要考虑到模块化等等，和数码 3C 产品「舒适」的工作环境不同，车规级芯片还要应对严苛的行车工况。SpGesmc

相比市面上的主流产品，比亚迪宣称自家的 IGBT 4.0 具备以下优势：SpGesmc

1. 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。
2. 同等工况下，综合损耗较当前市场主流的 IGBT 降低了约 20%，整车电耗显著降低。
3. 温度循环寿命可以做到当前市场主流 IGBT 的 10 倍以上。

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另一方面就是成本，比亚迪介绍，目前市面上主流的车载 IGBT 成本占到整车的 5% 左右，短期内还在持续上涨。通过规模化量产，比亚迪希望进一步降低成本，拉低。SpGesmc

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目前比亚迪位于宁波的半导体工厂的月产五万片晶圆，理论上能够配备五万辆新车。按照规划，2020 年这家工厂的月产能有望做到十万片，除了自给自足外，还可以提供给其他主机厂使用。SpGesmc

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比亚迪研发IGBT历经13年

需要提到的是，IGBT作为一种综合（集成了MOSFET开关速度快与GTO耐受电压高的优点，克服了前者耐高压性能差、后者开关速度慢的不足）的功率半导体，其技术壁垒并不低，核心技术与市场份额此前一直掌握在美、日、德三国半导体巨头的手中。SpGesmc

目前，在国内，仅有两家“造车的”能够打通产业链，实现IGBT的研发生产。其中一家，是负责造高铁的中车，另外一家，便是比亚迪。SpGesmc

中车有突飞猛进的高铁项目作为坚实的依托，不必多言，那么比亚迪，又是如何掌握这一先进技术？SpGesmc

比亚迪对IGBT的研发，在十余年前就开始了。SpGesmc

2003年，电池出身的比亚迪进军汽车市场，新能源车成为其杀入的关键路线。2007年，比亚迪的首款新能源车——F3DM上市，当时国家面向绿色公共出行的“百城百辆”的新能源公交计划都还未上线。SpGesmc

而在更早的2005年，比亚迪的IGBT研发团队便已组建，隶属比亚迪第六事业部。这个事业部承担着“集成电路及功率器件的开发、整合性晶圆制造服务的生产任务”。SpGesmc

请注意“整合性晶圆制造服务”。在2008年，比亚迪以1.71亿元的价格，收购了宁波中纬的6英寸晶圆产线。当时舆论还认为，比亚迪或将借助中纬的芯片生产能力，基于自家的手机、电池业务发展自有的消费电子用半导体。但事实证明这更像是为车载功率半导体所作的准备。SpGesmc

2009年，比亚迪的第一代IGBT芯片，正式研发成功，通过了中国电器工业协会电力电子分会的科技成果鉴定。国外的技术垄断，在此时便被比亚迪初步打破了。SpGesmc

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▲比亚迪初代IGBT通过科技成果认证的文件SpGesmc

不过，国外早在上世纪80年代便开启了对IGBT的研究生产，要在产品上追上国外先进水平，显然需要更多时间。SpGesmc

因此，中途比亚迪的IGBT芯片又历经8年，多次迭代，其间，比亚迪还与上海先进半导体在2015年达成了战略合作，以利用后者的半导体制造技术。SpGesmc

终于在2017年，比亚迪的第四代IGBT研发成功、投产、装车。SpGesmc

IGBT 4.0，便被用于比亚迪新一代主力车型——百公里加速时间达到4.5秒的唐。这辆车每一次狂暴的动力输出背后，都有这枚比亚迪自研的IGBT的功劳。SpGesmc

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▲比亚迪唐DM，百公里加速4.5秒SpGesmc

当然，技术是不断进步的。此前，国外IGBT已经经历了六次技术迭代，功率半导体基础的材料，也从硅（Si）、砷化镓（GaAs） ，进化到了碳化硅（SiC）。基于碳化硅打造的功率半导体，更能耐高温，可以承受更高的电压——这样，原本耐压能力不强的MOSFET，在用上碳化硅过后，能够支持的电压也能与现今车用的IGBT媲美。SpGesmc

而比亚迪已经研发出了基于碳化硅的MOSFET，明年便会推出搭载这一器件的电动车，车辆的电驱性能还会提升10%。往后，比亚迪计划在其新能源车产品中，逐步用碳化硅基的功率半导体替代硅基IGBT。SpGesmc

中国如何突破国外巨头统治的IGBT市场？

实际上，比亚迪这样在新能源车用IGBT上取得突破的选手，在国内IGBT产业确实是凤毛麟角。SpGesmc

IGBT芯片按工作电压，大致分为1700V以下、1700V-3300V、3300V-6500V三类。SpGesmc

其中，工作电压等级在3300-6500V的IGBT主要对应发电、电力传输行业，1700-3300V的IGBT在高铁等轨道交通领域应用较多。SpGesmc

而1700V以下用途中，发展势头最猛的新兴产业，正是新能源车。SpGesmc

然而，目前IGBT的主要生产厂家，无一例外是国外公司，英飞凌、三菱、富士、安森美、德仪、ABB等霸占市场。SpGesmc

其中国内新能源车领域的IGBT市场，绝大多数份额仍然被国外半导体巨头英飞凌占据——这一数据一度达到70%。SpGesmc

在2016年全球销量TOP10的新能源车，有8款使用了英飞凌的IGBT，其中有我们无比熟悉的Model S/X，以及通用Bolt EV，甚至包括比亚迪的唐与秦，甚至也使用了英飞凌的晶圆生产。英飞凌凭借垄断优势，攫取高额利润，IGBT成本居高不下。SpGesmc

而比亚迪的IGBT 4.0推向市场、应用于车型上，则代表了一支重要的国产力量，加入到了这场新能源车核心技术、核心器件的竞赛当中来。SpGesmc

在更早之前，中车集团在2014年，完成了高铁用IGBT的研发、生产，打破了三菱在这一领域的统治，不仅实现了自产自用，还随高铁项目的对外输出开始向国外供货。SpGesmc

比亚迪与中车，俨然成为了国产IGBT生产应用的双子星。SpGesmc

在这背后，国内的（高压）IGBT产业链，在下游急切的应用需求下，也开始逐步建立起来，士兰微、华微、华虹、先进半导体等等一系列IGBT的IC设计、晶圆制造公司也成长起来，国内的IGBT产业链正在初步成型。而比亚迪自身，也表态将会对外开放其IGBT供货。SpGesmc

在一个产业集群形成后，中国的IGBT乃至更多类型的功率半导体，将有更充足的底气与国外巨头抗衡。SpGesmc

比亚迪将在材料上进一步突破

最后，比亚迪宣布，在材料上进一步突破，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 %。SpGesmc

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SiC 具备高耐压、低损耗、高效率的特性，是替代 Si 的第三代半导体材料SpGesmc