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比亚迪量产IGBT 助新能源大跨步发展

2018-12-11 02:28 来源: 爱卡汽车

[爱卡汽车 科技频道 原创]

新能源汽车成为未来发展的必然趋势已毋庸置疑,然而新能源汽车若想完全代替传统燃油车,目前仍需解决诸多问题。例如产品的续航能力、成本、电子元件的可靠性、稳定性、耐用程度等方面,仍存在硬伤。

目前制约新能源行业发展的有两大瓶颈,一是动力电池,另一个就是IGBT。电池产业在当下发展较快,2017年国内动力电池产量达44.5GWh,基本可以满足国内市场的需求。而IGBT作为新能源车的“CPU”,国内发展严重滞后,并长期被国际巨头垄断,90%的份额掌握在英飞凌、三菱等海外巨头手中。未来,随着新能源车的快速增长,IGBT的市场供应将更加紧张。

什么是IGBT?

那么什么是IGBT?IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)全称“绝缘栅双极型晶体管”,是影响电动车性能的关键技术,是新能源车的“大脑”,其成本约占整车成本的5%。

比亚迪量产IGBT  助新能源大跨步发展

生产中的IGBT晶圆

比亚迪量产IGBT  助新能源大跨步发展

晶圆上的芯片集合在了V-315模块上,此模块将被安装在汽车上。同时,这款V-315模块是目前新能源汽车领域装车量最多的全桥IGBT模块。

比亚迪量产IGBT  助新能源大跨步发展

IGBT的好坏直接影响电动车功率的释放速度: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。所以,可以说IGBT与新能源车的关系就如同CPU与电脑,是新能源汽车最核心的技术。

我国IGBT为何发展如此缓慢?

IGBT因技术难、投资大,与动力电池一样,被业内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。总结来说,IGBT芯片的难点共有两个方面。

一是IGBT需要极其严格的工艺指标。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,它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。并且晶圆制造工艺难度很大,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。此外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。

二是要想实现IGBT的量产并非朝夕之功。由于IGBT拥有极其高要求的制造工艺,所以需要长时间的大量论证和试验,并且这种核心技术无法从海外购得,只能通过长时间自主研发才可以实现。所以需要企业拥有长远眼光,尽早布局。

比亚迪何以实现IGBT的大规模量产?

比亚迪量产IGBT  助新能源大跨步发展

比亚迪能成为国内首家车规级IGBT量产的企业,得益于它在此领域的较早布局。早在2005年,比亚迪便组建IGBT研发团队,正式进军IGBT领域。2008年10月,比亚迪收购宁波中纬半导体晶圆厂,为将来的量产做好了准备。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,比亚迪是中国唯一一家拥有完整IGBT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。

此外,比亚迪还拥有一个除尘规模为一级的晶圆工厂,而此次活动,我们还有幸进入了比亚迪在宁波的半导体晶圆工厂进行参观。亲自感受到了制作IGBT的神奇和严苛的IGBT生产过程。

比亚迪推出IGBT4.0,告别“卡脖子”时代

比亚迪量产IGBT  助新能源大跨步发展

比亚迪此次推出的IGBT4.0,其性能远远高于自家此前使用的IGBT2.5,同时在一些关键指标上也超越了目前市场上使用的主流产品。在芯片损耗、模块温度循环能力、电流输出能力等关键指标上,比亚迪IGBT4.0产品达到了全球领先水平,使中国的新能源发展告别了国外厂商“卡脖子”的时代。它的领先之处主要表现在三方面。

比亚迪量产IGBT  助新能源大跨步发展

IGBT4.0拥有更低的能耗、更大的功率输出能力,更加稳定可靠和耐用。表现在汽车上则是更长的续航里程、更强劲的动力水平、以及更高的安全性和更低的故障率。

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