比亚迪发布车规级IGBT芯片,称多项关键性能超过市场主流产品

南方+ 记者

12月10日晚,比亚迪在宁波对外发布在车规级领域具有标杆性意义的IGBT4.0技术。IGBT这个堪称电动车“CPU”的核心技术进入“聚光灯”下。

IGBT器件在电动汽车上的应用,图片来自OF week 公众号。

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)全称“绝缘栅双极型晶体管”,其芯片与动力电池电芯并称为电动车的 “双芯”,是影响电动车性能的关键技术,其成本占整车成本的5%左右。对于电动车而言,IGBT直接控制驱动系统直、交流电的转换,决定了车辆的扭矩和最大输出功率等。得益于在IGBT等核心技术领域的强大实力,比亚迪电动车性能得以落地并具备持续迭代升级的能力。

作为中国第一家实现车规级IGBT大规模量产、也是唯一一家拥有IGBT完整产业链的车企,此次发布会上,比亚迪还释放了另一重磅消息:已投入巨资布局性能更加优异的第三代半导体材料SiC(碳化硅),有望于2019年推出搭载SiC电控的电动车。预计到2023年,比亚迪旗下的电动车将全面搭载SiC电控。

多项关键指标优于业内主流产品

IGBT由美国科学家B•贾扬•巴利加(B. Jayant Baliga)于1980年前后发明,是能源变换与传输的核心器件,俗称电力电子装置的“CPU”,小到家电、大到飞机,在舰船、交通、电网、新能源等战略性产业领域应用极广。

12月10日晚间的发布会上,比亚迪第六事业部兼太阳能事业部总经理陈刚介绍,此次推出的比亚迪IGBT4.0,在诸多关键技术指标上都优于当前市场主流产品。

比亚迪第六事业部兼太阳能事业部总经理陈刚分享比亚迪在汽车功率半导体领域的布局。受访机构供图

首先,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。

其次,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,在其他条件不变的情况下,仅此一项技术,就成功将百公里电耗降低约3%。

第三,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。此前,比亚迪电动车曾完成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。

比亚迪IGBT4.0较当前市场主流的IGBT:电流输出能力高15%,综合损耗降低了约20%。受访机构供图

现场发布会提供的数据显示,在工艺指标方面,在大规模应用的1200V车规级IGBT芯片的晶圆厚度上,比亚迪处于全球先进水平,可将晶圆厚度减薄到120um(约两根头发丝直径)。为保证产品质量,比亚迪IGBT生产环境的洁净度要求达到最高等级的一级,即指每立方英尺(0.0283立方米)中,直径超过0.5微米的微尘离子不能超过1个。

比亚迪IGBT4.0晶圆

比亚迪芯片打线

在此前结束的2018广州车展上,比亚迪全新一代唐EV正式对外预售,这离不开比亚迪IGBT等核心技术的支持。正是得益于比亚迪IGBT在芯片损耗、电流输出能力等方面的优异性能,比亚迪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”。

十三年积累打造IGBT全产业链

陈刚介绍,目前,比亚迪已经陆续掌握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。

比亚迪新一代“唐EV”系列搭配了IGBT等核心技术。受访机构供图

业内人士也介绍,IGBT属于汽车功率半导体的一种,因设计门槛高、制造技术难、投资大,被业内称为电动车核心技术的“珠穆拉玛峰”。

作为2003年才进入汽车行业的新玩家,比亚迪从一开始就密切关注IGBT等电动车核心技术的自主研发和创新。

据比亚迪人士当晚透露,2003年,当外界还不看好电动车的前景、甚至对IGBT还不太了解的情况下,比亚迪就预判IGBT将会是影响电动车发展的关键技术,在研发团队组建、产线建设等各方面投入重金,低调布局IGBT产业。

到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。

经过13年的技术积累,比亚迪IGBT不断迭代更新。据陈刚透露,2017年比亚迪成功研发出IGBT4.0,今年开始批量供应。

谈起IGBT4.0研发和应用成功的原因, 中国半导体行业协会IC设计分会副理事长周生明表示:“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。”

投巨资布局第三代半导体材料

“驯服”了IGBT,比亚迪也透露其正在布局SiC的规划。

SiC(碳化硅)基半导体取代硅基半导体是大势所趋。据比亚迪此次发布会透露,其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、外延、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。

在此次发布会上,比亚迪还宣布,已经成功研发了SiC MOSFET(汽车功率半导体包括基于硅或碳化硅等材料打造的IGBT或 MOSFET等),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%。

技术同行和媒体被比亚迪SiC MOSFE吸引。记者李荣华摄影

陈刚介绍,新能源汽车产能受限于电池和IGBT。明年底,比亚迪IGBT开关器件产能可以扩大到月产5万片,2020年实现月产10万片。而比亚迪IGBT模块在2019年6月也将扩产到10万只以上。

【记者】李荣华

编辑 谢昊燃
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