不過,國外早在上世紀80年代便開啟了對IGBT的研究生產(chǎn),要在產(chǎn)品上追上國外先進水平,顯然需要更多時間。
因此,中途比亞迪的IGBT芯片又歷經(jīng)8年,多次迭代,其間,比亞迪還與上海先進半導體在2015年達成了戰(zhàn)略合作,以利用后者的半導體制造技術。
終于在2017年,比亞迪的第四代IGBT研發(fā)成功、投產(chǎn)、裝車。
IGBT 4.0,便被用于比亞迪新一代主力車型——百公里加速時間達到4.5秒的唐。這輛車每一次狂暴的動力輸出背后,都有這枚比亞迪自研的IGBT的功勞。
▲比亞迪唐DM,百公里加速4.5秒
當然,技術是不斷進步的。此前,國外IGBT已經(jīng)經(jīng)歷了六次技術迭代,功率半導體基礎的材料,也從硅(Si)、砷化鎵(GaAs) ,進化到了碳化硅(SiC)?;谔蓟璐蛟斓墓β拾雽w,更能耐高溫,可以承受更高的電壓——這樣,原本耐壓能力不強的MOSFET,在用上碳化硅過后,能夠支持的電壓也能與現(xiàn)今車用的IGBT媲美。
而比亞迪已經(jīng)研發(fā)出了基于碳化硅的MOSFET,明年便會推出搭載這一器件的電動車,車輛的電驅(qū)性能還會提升10%。往后,比亞迪計劃在其新能源車產(chǎn)品中,逐步用碳化硅基的功率半導體替代硅基IGBT。
中國如何突破國外巨頭統(tǒng)治的IGBT市場?
實際上,比亞迪這樣在新能源車用IGBT上取得突破的選手,在國內(nèi)IGBT產(chǎn)業(yè)確實是鳳毛麟角。
IGBT芯片按工作電壓,大致分為1700V以下、1700V-3300V、3300V-6500V三類。
其中,工作電壓等級在3300-6500V的IGBT主要對應發(fā)電、電力傳輸行業(yè),1700-3300V的IGBT在高鐵等軌道交通領域應用較多。
而1700V以下用途中,發(fā)展勢頭最猛的新興產(chǎn)業(yè),正是新能源車。
然而,目前IGBT的主要生產(chǎn)廠家,無一例外是國外公司,英飛凌、三菱、富士、安森美、德儀、ABB等霸占市場。
其中國內(nèi)新能源車領域的IGBT市場,絕大多數(shù)份額仍然被國外半導體巨頭英飛凌占據(jù)——這一數(shù)據(jù)一度達到70%。
在2016年全球銷量TOP10的新能源車,有8款使用了英飛凌的IGBT,其中有我們無比熟悉的Model S/X,以及通用Bolt EV,甚至包括比亞迪的唐與秦,甚至也使用了英飛凌的晶圓生產(chǎn)。英飛凌憑借壟斷優(yōu)勢,攫取高額利潤,IGBT成本居高不下。
而比亞迪的IGBT 4.0推向市場、應用于車型上,則代表了一支重要的國產(chǎn)力量,加入到了這場新能源車核心技術、核心器件的競賽當中來。
在更早之前,中車集團在2014年,完成了高鐵用IGBT的研發(fā)、生產(chǎn),打破了三菱在這一領域的統(tǒng)治,不僅實現(xiàn)了自產(chǎn)自用,還隨高鐵項目的對外輸出開始向國外供貨。
比亞迪與中車,儼然成為了國產(chǎn)IGBT生產(chǎn)應用的雙子星。
在這背后,國內(nèi)的(高壓)IGBT產(chǎn)業(yè)鏈,在下游急切的應用需求下,也開始逐步建立起來,士蘭微、華微、華虹、先進半導體等等一系列IGBT的IC設計、晶圓制造公司也成長起來,國內(nèi)的IGBT產(chǎn)業(yè)鏈正在初步成型。而比亞迪自身,也表態(tài)將會對外開放其IGBT供貨。
在一個產(chǎn)業(yè)集群形成后,中國的IGBT乃至更多類型的功率半導體,將有更充足的底氣與國外巨頭抗衡。
比亞迪將在材料上進一步突破
最后,比亞迪宣布,在材料上進一步突破,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(xiàn) 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(xiàn)有基礎上再提升 10 %。
SiC 具備高耐壓、低損耗、高效率的特性,是替代 Si 的第三代半導體材料