波比亞迪半導(dǎo)體公司的生產(chǎn)車間內(nèi)，所有的工作人員都被白色防塵服嚴(yán)實(shí)包裹，只能露出一雙眼睛，彼此交流不多，各自穿梭忙碌在精密儀器之間，像極了科幻電影中的一幕。
這家半導(dǎo)體公司隸屬于比亞迪的第六事業(yè)部，用以生產(chǎn)新能源汽車的電控芯片IGBT，IGBT的晶圓、模組等組成部分都對(duì)工作環(huán)境提出了極高要求。
“我們工廠無(wú)塵要求十分嚴(yán)苛，每英尺（0.0283立方米）中直徑超過(guò)0.5微米的微塵離子不能超過(guò)1個(gè)，連洗手臺(tái)的水都是經(jīng)過(guò)20道工序過(guò)濾，只保留了氫原子和氧原子的超純水。”現(xiàn)場(chǎng)工作人員介紹道。
IGBT是英文Insulated Gate Bipolar Transistor（絕緣柵雙極型晶體管芯片）的縮寫，主要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(diào)的交流電，被稱為電力電子裝置的“CPU”，可以直接控制直、交流電的轉(zhuǎn)換，決定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的扭矩（直接影響汽車加速能力）、最大輸出功率（直接影響汽車最高時(shí)速）等性能。
12月10日，比亞迪宣布研發(fā)出新一代車規(guī)級(jí)產(chǎn)品IGBT4.0，在芯片損耗和溫控能力兩大關(guān)鍵指標(biāo)上，均取得突破。
“新能源汽車的核心要素是電流，IGBT的角色正是調(diào)節(jié)和控制電流。”比亞迪第六事業(yè)部兼太陽(yáng)能事業(yè)部總經(jīng)理陳剛總結(jié)道，“相當(dāng)于動(dòng)力電池產(chǎn)生了電，而IGBT馴化了電。”
官方資料顯示，比亞迪在2003年進(jìn)軍新能源汽車，2005年投入IGBT芯片研發(fā)，而在2008年10月，比亞迪通過(guò)收購(gòu)寧波中緯半導(dǎo)體晶圓廠，走向IGBT生產(chǎn)之路。
近幾年，中國(guó)新能源汽車發(fā)展迅猛，IGBT已經(jīng)出現(xiàn)供不應(yīng)求局面。今年3月，上汽與德國(guó)半導(dǎo)體巨頭英飛凌以51：49股比成立合資公司，生產(chǎn)并面向中國(guó)市場(chǎng)供應(yīng)IGBT。已在半導(dǎo)體領(lǐng)域布局多年的比亞迪自然不甘繼續(xù)沉默。
新能源汽車供應(yīng)鏈上的新蛋糕
2018年來(lái)，新能源汽車一直保持較為高速的發(fā)展。12月10日，全國(guó)乘用車市場(chǎng)信息聯(lián)席會(huì)（以下簡(jiǎn)稱“乘聯(lián)會(huì)”）發(fā)布了11月我國(guó)乘用車產(chǎn)銷數(shù)據(jù)。11月的新能源車批發(fā)銷量達(dá)到13.6萬(wàn)輛，環(huán)比增長(zhǎng)19.1%，同比增長(zhǎng)69%；其中插混同比增長(zhǎng)87%，純電動(dòng)同比增長(zhǎng)65%。1~11月新能源乘用車批發(fā)88萬(wàn)輛。
中國(guó)新能源汽車的快速增長(zhǎng)，已經(jīng)推動(dòng)國(guó)產(chǎn)動(dòng)力電池公司寧德時(shí)代和比亞迪在全球裝車量中長(zhǎng)期雄踞前三。而容易被人忽視的一個(gè)市場(chǎng)是，在新能源汽車成本結(jié)構(gòu)中，IGBT也占據(jù)著5%的比例，僅次于動(dòng)力電池。
除了成本比重高，IGBT的功能角色也相當(dāng)關(guān)鍵，其為能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷捎肐GBT進(jìn)行功率變換，能夠提高用電效率和質(zhì)量，是解決能源短缺問(wèn)題和降低碳排放的關(guān)鍵技術(shù)。
有業(yè)內(nèi)人士指出，“對(duì)新能源車來(lái)說(shuō)，電池、VCU、BSM、電機(jī)效率都缺乏提升空間，最有提升空間的當(dāng)屬電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分最核心的元件IGBT則是最需要重視的。”
而且，隨著新能源汽車保有量上升，在車輛電控系統(tǒng)、充放電結(jié)構(gòu)，以及充電樁當(dāng)中，IGBT都會(huì)大有用武之地。
就行業(yè)現(xiàn)狀來(lái)看，IGBT市場(chǎng)一直被國(guó)際巨頭壟斷，90%的份額掌握在英飛凌、三菱等海外巨頭手中。
但目前困擾IGBT市場(chǎng)的問(wèn)題，恰恰是產(chǎn)能不足。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，英飛凌IGBT的交付周期已經(jīng)達(dá)到12個(gè)月，國(guó)內(nèi)不少新能源車企的車輛交付因此受到影響。
“在產(chǎn)能方面，新能源汽車的發(fā)展會(huì)受限于電池以及IGBT產(chǎn)品的產(chǎn)能現(xiàn)狀。”比亞迪第六事業(yè)部兼太陽(yáng)能事業(yè)部總經(jīng)理陳剛介紹道。
而這或許已經(jīng)成為比亞迪，乃至上汽等國(guó)內(nèi)車企的掘金機(jī)會(huì)。
“今年年底，比亞迪寧波IGBT工廠的產(chǎn)能是月產(chǎn)5萬(wàn)片晶圓，而到2020年，將實(shí)現(xiàn)月產(chǎn)10萬(wàn)片晶圓，也就是年產(chǎn)120萬(wàn)的產(chǎn)能。”陳剛說(shuō)，“因此，比亞迪決定從自給自足，開(kāi)始面向全行業(yè)進(jìn)行開(kāi)放。”
據(jù)透露，2019年，比亞迪將拿出部分產(chǎn)能面向其他新能源汽車廠商供應(yīng)。
布局IGBT前端技術(shù)，做汽車界的“高通”
集成半導(dǎo)體行業(yè)一直是國(guó)內(nèi)企業(yè)的弱項(xiàng)，但是在IGBT所屬的功率半導(dǎo)體行業(yè)，比亞迪則有信心在全球市場(chǎng)與德國(guó)、日本形成三足鼎立局面。
據(jù)陳剛介紹，投入10余年研發(fā)后，比亞迪推出的IGBT4.0已經(jīng)在損耗和溫控能力兩大關(guān)鍵指標(biāo)上均取得突破。例如，在綜合損耗相比當(dāng)前市場(chǎng)主流產(chǎn)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，采用比亞迪的IGBT4.0，較采用當(dāng)前市場(chǎng)主流的IGBT，百公里電耗少約3%。”
而在溫度循環(huán)能力方面，IGBT4.0產(chǎn)品模塊的溫度循環(huán)壽命可以做到當(dāng)前市場(chǎng)主流產(chǎn)品的10倍以上。
電流輸出能力方面，搭載IGBT4.0的V-315系列模塊在同等工況下較當(dāng)前市場(chǎng)主流產(chǎn)品的電流輸出能力提升15%，支持整車具有更強(qiáng)的加速能力。
當(dāng)然，技術(shù)的突破背后是工藝的突破。據(jù)了解，目前比亞迪已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用1200V電壓的車規(guī)級(jí)IGBT芯片，而采用1200V FS技術(shù)的IGBT，需要將晶圓減薄到120um（約兩根頭發(fā)絲直徑）的厚度，再進(jìn)行10余道工序加工。
據(jù)悉，當(dāng)前IGBT主要的材料方案是硅基IGBT，而比亞迪已經(jīng)在第三代半導(dǎo)體SiC（碳化硅）的研發(fā)中進(jìn)行大量投入。據(jù)悉，碳化硅IGBT能夠做到損耗更低、電流輸出能力更強(qiáng)。
特斯拉Model 3即采用了與意法半導(dǎo)體聯(lián)合開(kāi)發(fā)的的650v 碳化硅功率器件Mosfet， 相比Model S采用的IGBT，實(shí)現(xiàn)了5-8%逆變器效率提升，這為Model 3的續(xù)航能力提升帶來(lái)不小幫助。
陳剛表示，比亞迪基于碳化硅材料的IGBT芯片已大規(guī)模用于車載電源, 有望于2019年將推出搭載SiC電控的電動(dòng)車不過(guò)，性能增強(qiáng)對(duì)應(yīng)的是成本提升。
據(jù)悉，碳化硅IGBT比目前的硅基IGBT的成本高出8-10倍。但陳剛告訴jz ，在成本控制上，比亞迪有獨(dú)有優(yōu)勢(shì)。
“碳化硅IGBT成本高的原因主要有兩個(gè)，一個(gè)是良率低，一個(gè)是沒(méi)有規(guī)模化應(yīng)用。”陳剛說(shuō)，“價(jià)格和規(guī)模化應(yīng)用是互相矛盾的，而比亞迪擁有從動(dòng)力電池、電控系統(tǒng)到新能源汽車的完整上下游配合，可以幫助碳化硅IGBT降低成本。”
陳剛預(yù)計(jì)，2023年，采用SiC基的半導(dǎo)體將全面替代硅基半導(dǎo)體（如硅基IGBT）。
而談到在半導(dǎo)體之路上的探索目標(biāo)，陳剛表示，“我們立志于使比亞迪功率半導(dǎo)體芯片對(duì)于新能源汽車的意義，如高通之于手機(jī)、英特爾之于電腦。”