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十年磨一劍:比亞迪發(fā)布IGBT 4.0“中國芯”

2018-12-18
關(guān)鍵詞: 中國芯 CPU 晶圓 集成電路

小到智能手機(jī)、個(gè)人電腦,,大到汽車輪船,、飛機(jī)火箭,信息時(shí)代的快速發(fā)展對各種科技設(shè)備的芯片算力要求越來越高,。而我國在算力的載體——芯片領(lǐng)域,,卻一直受制于國外。數(shù)據(jù)顯示,,2017年中國芯片進(jìn)口額超過2600億美元,,已取代原油(原油進(jìn)口額1500億美元)成為中國第一大進(jìn)口商品。

芯片成為我國高新科技產(chǎn)業(yè)的痛點(diǎn),,甚至成為我國在國際市場上的“軟肋”,,這一點(diǎn)從2018年年初的中興事件就可以看出,提升芯片自給自足程度已經(jīng)迫在眉睫,。近日,,比亞迪宣布成功研制出IGBT 4.0芯片,這件事意義有多大呢,?今天一大早,,一位來自上汽大眾的電驅(qū)工程師朋友就發(fā)來微信:“意義非常重大?!?/p>

什么是IGBT芯片,?

IGBT全稱為絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor)。說人話,,IGBT芯片就像是CPU,,是逆變器的核心部件,掌管著整個(gè)設(shè)備的能源變換與傳輸,。不過相比電腦,、手機(jī)的CPU,它能承載的功率更大,,因此主要用于汽車,、艦船、飛機(jī)等大型設(shè)備,。

IGBT芯片的生產(chǎn)制造與CPU類似,,是一個(gè)“點(diǎn)砂成金”的過程。首先將沙子加熱至熔融狀態(tài),,然后導(dǎo)入至熔爐中制造出直徑200-300mm的高純度單晶硅錠,,接下來將硅錠切割成極薄的片狀晶圓,再使用光刻機(jī)在晶圓一層一層地加工出電路,,最后將晶圓切割成指甲蓋大小的小塊,,并封裝在殼體內(nèi)。具體的過程,,大家可以觀看下方來自英特爾的科普視頻,。

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從砂子到晶圓再到芯片,硅的價(jià)值直線飆升,。眾所周知,,動力電池是電動汽車成本最高的部件,而緊隨其后的部件就是這顆小小的IGBT芯片,,它約占整車成本的5%,、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)成本的一半。

一直以來,,我國IGBT芯片嚴(yán)重依賴進(jìn)口,,國內(nèi)約90%的市場份額掌握在英飛凌、三菱等海外巨頭手中,。近幾年,,中國集成電路產(chǎn)業(yè)在國家政策推動及市場牽引下得到迅速發(fā)展,國產(chǎn)化進(jìn)程加快?,F(xiàn)在,,比亞迪IGBT 4.0芯片無疑打破了國外技術(shù)封鎖。

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其實(shí)早在2005年,,比亞迪就組建IGBT研發(fā)團(tuán)隊(duì),,正式進(jìn)軍IGBT領(lǐng)域,。2009年,比亞迪IGBT芯片成功通過中國電器工業(yè)協(xié)會電力電子分會組織的科技成果鑒定,,標(biāo)志著中國在IGBT芯片技術(shù)上實(shí)現(xiàn)零的突破,,打破了國際巨頭的技術(shù)壟斷。經(jīng)過十余年耕耘,,比亞迪成功研發(fā)出全新的車規(guī)級IGBT 4.0芯片,,成為車規(guī)級IGBT的標(biāo)桿。目前,,比亞迪已累計(jì)申請IGBT相關(guān)專利175件,,其中授權(quán)專利114件。

生產(chǎn)IGBT芯片有多難,?

答案是非常難,。比亞迪的IGBT 4.0芯片晶圓切割厚度僅有120um,這是什么概念呢,?大概是兩根頭發(fā)的寬度,。切割出晶圓薄片后,還要在指甲蓋大小的面積上,,蝕刻十幾萬乃至幾十萬個(gè)晶體管,,然后還要對晶圓進(jìn)行10余道工序加工。對我們這種普通人來說了,,光是想想就腦仁疼了,。

令人頭疼的還不止這些,晶圓制造的廠房對潔凈度的要求也非常高,,每立方英尺內(nèi)直徑超過0.5微米的微塵不能超過1個(gè),。因?yàn)橐坏┯幸粋€(gè)微塵掉落在晶圓上,就會造成一顆IGBT芯片失效,,是不是又開始心疼了,?

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此外,汽車作為大眾級消費(fèi)品,,對IGBT芯片的壽命也提出較高的要求,,一般來說設(shè)計(jì)壽命要在20年以上,需要滿足使用壽命內(nèi)數(shù)十萬次甚至百萬次的功率循環(huán)要求,。同時(shí),,其制造成本和價(jià)格也要控制在消費(fèi)者可以接受的范圍內(nèi)。

這還沒完,,汽車面臨高溫,、高濕、高振動,、頻繁啟停,、爬山涉水等惡劣工況,,這些都是IGBT芯片要面臨的考驗(yàn)。在這些因素的綜合影響下,,車規(guī)級IGBT芯片相較于工業(yè)級,,無論是技術(shù)難度、應(yīng)用場景,,還是可靠性方面,對器件本身的要求都更為嚴(yán)苛,。

但是比亞迪做到了,,而且做得更好。比亞迪IGBT 4.0產(chǎn)品的綜合損耗相比當(dāng)前市場主流產(chǎn)品降低了約20%,,使整車電耗得以降低,。以全新一代唐EV為例,在其他條件不變的情況下,,采用比亞迪IGBT 4.0芯片較采用當(dāng)前市場主流產(chǎn)品,,百公里電耗減少約3%。

可靠性方面,,比亞迪IGBT 4.0產(chǎn)品模塊的溫度循環(huán)壽命可以做到當(dāng)前市場主流產(chǎn)品的10倍以上,。其電流輸出能力也比主流產(chǎn)品提升15%,支持整車具有更強(qiáng)的加速能力,,所以全新一代唐DM 4.5秒的破百成績,,并不是只靠提升電機(jī)功率就可以做到的。

猶如高通之于手機(jī),,英特爾之于電腦,,憑借自主研發(fā)的IGBT 4.0芯片,向新而行的比亞迪欲成為全球最大的車規(guī)級功率半導(dǎo)體供應(yīng)商和全球領(lǐng)導(dǎo)者,。

IGBT 4.0的發(fā)布雖然沒有全新一代唐DM上市那么引人注目,,但在筆者看來,其對中國新能源汽車行業(yè)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響,。艾格的設(shè)計(jì),、漢斯的調(diào)校,讓我們喜歡上比亞迪的新能源汽車,,而掌握核心科技的比亞迪更加讓人熱淚盈眶,。


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