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【IC设计】比亚迪发布自研IGBT 4.0 将未来瞄准SiC产业

来源:全球半导体观察    原作者:张明花    

IGBT被业界誉为功率变流装置“CPU”,今年迎来“缺货潮”。数据显示,2018年车规级IGBT模块的交货周期已从正常8-12周延长至最长52周,业界预计随着全球电动车市场持续增长,未来几年全球车规级IGBT供应将愈加紧张。

对于目前大部分IGBT依赖海外进口的中国市场而言,在这波供不应求现象中更显被动。不过,日前国产IGBT传来好消息——比亚迪正式发布其车规级IGBT4.0技术,为国IGBT产业发展打上一阵强心剂。

发布IGBT 4.0:综合损耗降低20%

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)全称“绝缘栅双极型晶体管”,据集邦咨询了解,IGBT模块作为新能源汽车电控系统和直流充电桩的核心器件,成本占到新能源整车成本的10%,占到充电桩成本的20%,未来新能源汽车将成为IGBT产业扩张的主要驱动力。

集邦咨询数据显示,2017年我国IGBT市场规模为121亿元,2025年将达到522亿元,年复合增长率达19.9%。但我国IGBT起步较晚,国内市场份额主要被欧美、日本企业垄断,本土企业市场占比仅约为10%,进口依赖程度较高、国产替代空间巨大,而比亚迪则是国内少数掌握IGBT技术的企业之一。                                                         

12月10日,比亚迪在宁波举行“比亚迪核心技术解析会之IGBT电动中国芯”,正式发布其自主研发的车规级IGBT 4.0技术,引起了业界的广泛关注。

比亚迪IGBT 4.0电压规格为1200V,电流规格为25A~200A,工作频率方面,标准型为1KHZ~16KHZ、快速型16KHZ~25KHZ。据现场介绍,比亚迪这次推出的IGBT 4.0技术不仅在性能上远高于自家前代IGBT 2.5,而且在诸多关键技术指标上均优于当前市场主流产品。

首先电流输出方面,比亚迪IGBT4.0的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。

此外芯片损耗方面,比亚迪IGBT4.0在同等工况下综合损耗较当前市场主流的IGBT降低了约20%。这意味着电流通过IGBT器件时受到的损耗降低,使得整车电耗显著降低。以比亚迪全新一代唐为例,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%。

再者,比亚迪IGBT4.0的温度循环寿命可以做到当前市场主流IGBT的10倍以上。这意味着比亚迪电动车在应对各种极端气候、路况时,能有更高的可靠性和更长的使用寿命。

据悉,比亚迪电动车就以其优异的性能与稳定的可靠性,完成了从新疆吐鲁番的高温,到北欧的极寒、再到西藏高原的高海拔等全球最严苛自然环境的测试,并在全球300多个市场成功经历了各种气候、路况、驾驶习惯的考验,得到广泛认可。

比亚迪全新一代唐EV在2018广州车展上正式对外预售,得益于比亚迪IGBT技术,新车百公里加速4.4s、综合工况续航里程预计超过500km。在比亚迪自研IGBT的加持下,其插电式混合动力汽车,率先搭载了“542”黑科技——“百公里加速5秒以内、全时电四驱、百公里油耗2升以内”。

十三年IGBT自研之路

现场有媒体问及比亚迪是否担心国内更多竞争者出现,比亚迪第六事业部兼太阳能事业部总经理陈刚表示,比亚迪对此抱着开放的心态,欢迎国内企业加入到IGBT产业阵营,但希望企业清楚其中的艰辛困难,因为比亚迪在这条路上走了十三年。

根据比亚迪官方消息,2005年比亚迪正式组建IGBT研发团队,正式开启了IGBT自研之路,并于2007年建立IGBT模块生产线,完成首款电动汽车IGBT模块样品组装。

2008年,比亚迪斥资1.71亿元人民币收购宁波中纬晶圆代工厂,将其整合到微电子产业链中,为其IGBT产业布局再添晶圆制造一环。2009年,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。

成功研发出IGBT 1.0后,比亚迪继续发力,2012年IGBT2.0芯片研发成功,2014年其搭载IGBT2.0芯片的模块在e6、K9等新能源车型上批量装车,紧接着,2015年比亚迪IGBT 2.5芯片研发成功,2017年IGBT 4.0芯片研发成功,首款双面水冷IGBT模块研发成功。

如今,比亚迪已相继掌握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。

除了十三年的技术积累外,比亚迪下游终端应用亦为其IGBT技术起到了巨大的拉动作用。

数据显示,比亚迪过去三年电动车销量位居全球第一,其自家IGBT产品应用于自家的电动车上,在解决了IGBT供应紧缺问题的同时,也解决了国产IGBT等车规级功率器件验证难、应用难等问题。

“比亚迪依靠自身强大的研发实力、人才的聚集、产业链的配套,在汽车功率半导体领域有了非常核心的突破,这个突破不是今天想,明天投入就能实现的,是积累了十多年的技术、人才和产业链才能实现的。”中国半导体行业协会IC设计分会副理事长周生明在活动现场如此表示。

据透露,今年年底比亚迪的IGBT芯片月产能5万片,即可月供5万辆车,且比亚迪亦正在规划扩产,预计2020年可实现月产能10万片,届时可实现对外销售;此外,比亚迪深圳IGBT模块生产线也正在扩产。

除了产能外,比亚迪在技术上亦同步拓展,以求实现外销。目前比亚迪IGBT 4.0以1200V为主,但正在同步开发650V、750V以满足市场主流整车厂商需求,预计明年第一季度将可正式开始认证。

从产业角度看,比亚迪实现IGBT全产业链的自研自用已是一大突破,未来若实现车规级IGBT产品外销,将有加速IGBT国产替代进程。

斥巨资布局碳化硅

当然了,比亚迪并不满足于此,将未来瞄准了碳化硅。

陈刚表示,比亚迪仍继续致力于下一代产品的研发,在芯片和封装层面均作了布局,比亚迪的IGBT未来还会有5.0、6.0等技术更新迭代,将充分挖掘IGBT的潜力。为了寻求更低芯片损耗、更强的电流输出,碳化硅器件是比亚迪一个明确的方向。

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)、单晶衬底、外延片、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,是国内最早进行SiC全产业链布局的车企。

在这发布会上,比亚迪宣布已成功研发了SiC MOSFET,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%。

陈刚认为,SiC MOSFET将成为比亚迪电动车性能持续迭代更新的新一代“杀手锏”。

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图片声明:封面图片来源于正版图片库:拍信网

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