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不看外國人臉色 比亞迪靠IGBT4.0技術再攀高峰

來源: EV視界 時間:2018年12月11日 06:08 瀏覽量:1897

【EV視界報道】幾乎所有人都知道,三電系統作為新能源汽車最關鍵的核心技術,已經成為了能否保持新能源汽車繼續快速發展的重要因素。而相比于已經逐漸被消費者所熟悉的動力電池技術外,在新能源汽車中還有一個十分重要的關鍵組件,它就是“IGBT”。但是,就是這樣一個關鍵組件,由于在國內的發展嚴重滯后,所以導致中國IGBT市場90%的份額掌握在一些海外巨頭手中。

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不過,隨著當前自主品牌的不斷發展,這種局面已經發生了悄然變化。12月10日,比亞迪在寧波發布了在車規級領域具有標桿性意義的IGBT 4.0技術,再一次展示出其在電動車領域的領先地位。而這也意味著,比亞迪在汽車能源變革的關鍵時期,已經將主動權牢牢掌握在自己手中。

IGBT技術落后制約了新能源汽車的大規模商業化

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),中文名稱為絕緣柵雙極型晶體管,是影響電動車性能的關鍵技術,成本占整車成本的5%左右,是除了電池之外成本第二高的核心元件。其作為一種大功率的電力電子器件,應用于軌道交通、智能電網、航空航天、電動汽車、新能源裝備以及工業領域,主要作用是用于變頻器逆變和其他逆變電路,將直流電壓逆變成頻率可調的交流電,因此也被稱為電力電子裝置的“CPU”。

比亞迪車規級IGBT模組.jpgIGBT沒有放大電壓的功能,導通時可以看做導線,斷開時當做開路,因此也可以理解為一個“非通即斷”的開關。采用IGBT進行功率變換,能夠提高用電效率和質量,對于純電動車而言,IGBT的使用有助于降低能耗,提升續航里程。

但是,就是這個關鍵技術,生產工藝要求十分嚴格,不僅工藝流程復雜,更要求極致的精密操作,長期以來,IGBT芯片設計門檻高,資本投入高,生產流程復雜,需要完善的專業人才儲備,使得IGBT只有國外少數芯片廠商能夠量產。所以,我們常見的大部分自主品牌使用的IGBT只能依靠進口,因此這也是導致該技術在國內發展滯后的主要原因。

IGBT技術——新能源核心技術的“珠穆朗瑪峰”

在業內,IGBT因技術難和投資大,與動力電池一樣,被稱為新能源汽車核心技術的“珠穆拉瑪峰”,長期以來制約了新能源汽車的大規模商業化。而總結起來,其難點主要存在于芯片和???。

IGBT的尺寸僅有指甲大小,但卻要在其上蝕刻十幾萬乃至幾十萬的微觀結構電路,僅能在顯微鏡下查看。而且其雖然是一個開關器件,但涉及到的參數多達十幾個,很多參數之間是相互矛盾,需要根據應用折衷考慮。

比亞迪IGBT4.0晶圓.jpg另外,其晶圓制造工藝難度也非常大,主要體現在薄片加工處理上。采用最新的1200V FS技術的IGBT,需要將晶圓減薄到120um(約兩根頭發絲直徑)的厚度,再進行10余道工序加工。而且晶圓制造的廠房潔凈度要求非常高,需要一級凈化。一個零點幾微米的微塵掉落在晶圓上,就會造成一顆IGBT芯片失效。

而在??檣杓頗遜矯?,IGBT需要考慮材料匹配、散熱、結構、功率密度、外觀、重量等多項指標。而在??櫚鬧圃熘?,大面積芯片的無空洞焊接(無空洞焊接需要在1mBar <即0.1Kpa>的高真空下進行;與之相比,海平面的標準大氣壓的值為101.325kPa)、高可靠性綁線工藝和測試等也都是難點。因此綜合來看,IGBT的研發并不是一朝一夕就能完成的,需要克服很多困難。不過,目前比亞迪已經實現了車用IGBT芯片的自主研發,并且經過多年的努力,大幅提升了良率,保障了品質穩定性,使得這項技術得以全面應用。

十余年耕耘比亞迪成為車規級IGBT的標桿

據相關統計,從2015到2017年,比亞迪電動車的銷量已經連續三年位居全球第一。而取得如此優異成績的背后與比亞迪在IGBT等核心技術領域的超前布局密不可分。

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作為國內新能源汽車領域的領軍品牌,比亞迪早在十多年前就已經默默布局電動車的核心技術,并且一開始就密切關注IGBT等電動車核心技術的自主研發和創新。目前,比亞迪已經陸續掌握IGBT芯片設計和制造、模組設計和制造、大功率器件測試應用平臺、電源及電控等環節,是中國唯一一家擁有IGBT完整產業鏈的車企。而經過10余年的技術積累,比亞迪IGBT不斷迭代更新。此次推出的比亞迪IGBT4.0,便已經在諸多關鍵技術指標上都優于當前市場主流產品。

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DSC_4704.JPG其中,比亞迪IGBT4.0產品的綜合損耗相比當前市場主流產品降低了約20%,使得整車電耗降低。以全新一代唐為例,在其他條件不變的情況下,采用比亞迪IGBT4.0較采用當前市場主流的IGBT,百公里電耗少約3%。而且其產品??櫚奈露妊肥倜梢宰齙降鼻笆諧≈髁韃返?0倍以上。另外,搭載IGBT4.0的V-315系列??樵諭裙た魷陸系鼻笆諧≈髁韃返牡緦魘涑瞿芰μ嶸?5%,支持整車具有更強的加速能力。

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而除了上述優勢之外,比亞迪認為,隨著電動車性能不斷地提升,對功率半導體組件也將提出更高的要求,因此當下的IGBT也將逼近硅材料的性能極限。據悉,比亞迪已投入巨資布局第三代半導體材料SiC,并將整合材料(高純碳化硅粉)、單晶、外延、芯片、封裝等SiC基半導體全產業鏈,致力于降低SiC器件的制造成本,加快其在電動車領域的應用。

據比亞迪表示,其已經成功研發了SiC MOSFET(汽車功率半導體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年推出搭載SiC電控的電動車。預計到2023年,比亞迪將在旗下的電動車中,實現SiC基車用功率半導體對硅基IGBT的全面替代,將整車性能在現有基礎上再提升10%。

編輯點評:在過去相當長的時間里,IGBT的核心技術始終掌握在國外廠商手里,中高端IGBT市場90%的份額被國際巨頭壟斷,導致“一芯難求”,成為制約我國電動車行業健康、快速發展的主要瓶頸。而比亞迪打破國際巨頭對IGBT的技術壟斷,助力我國電動車的快速發展。今天,比亞迪推出了全新的車規級IGBT4.0,為我國汽車產業的換道超車,提供強大的“中國芯”。因此,我們也有理由相信,在未來比亞迪將為我們帶來更多驚喜。

文章標簽: 比亞迪 IGBT4.0 責任編輯:趙子旺

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