芯片生产商比亚迪

董车会

2018-12-11 23:12

昨天比亚迪在宁波开了一场发布会,没发新车,发了一款芯片。

像比亚迪这样的车企确实挺「奇葩」的,从数码 3C 的电池到汽车动力电池,再到整车制造,无所不通。

近日,比亚迪再次刷新了坊间对其公司业务的认知,比如说不声不响弄了个芯片。

这块芯片有个并不太好读的缩写 IGBT,全拼和中文名是这样的 Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管芯片。

先交代一下,这不是比亚迪的发明,你马路上见到的新能源车上都搭载了 IGBT,但供应厂商无非就德、日、中三国那么几家。

为数不多主机厂里头自主在研发 IGBT 的,除了比亚迪,丰田算一个,其余基本都依赖英飞凌等供应商。

一般主机厂「越俎代庖」干了供应商的活儿,原因很简单,关键零部件不想被供应商「掐住」脖子,同时做到成本可控。

从手机 PC 到现在的汽车,芯片之争格外激烈,不少国产品牌喊出了「国产芯」的口号,为了这个目标,比亚迪在半导体行业已经努力了十余年。

IGBT,电动汽车的「命根子」

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。在车内,IGBT 芯片的重要性不亚于电池电芯。

了解电车结构的人肯定知道,电车不是想象中的接电就走,电控系统格外重要,怎么高效地运用电能是考验工程师的一个重要命题。

从汽车到地铁、高铁等轨道交通等等一切用电驱动的载具中,IGBT 无处不在,具体由封装形式不同分为模块和单管,最基础的还是芯片晶圆。

很容易想象,电压越高,对于 IGBT 的要求也就更大。从车用的 600V 到轨道交通的 1100V-3000V,电流都需要 IGBT 来「驾驭」。

原理类似于喊了很多年的变频空调,在车里头,IGBT 也是通过改变电流的频率来实现电机的转速,从而输出所需的动力。

另一方面,除了能「驾驭」电流,IGBT 还需要保证能耗。众所周知,「发热」是电子元器件的致命杀手,为了保证元件能够正常运行,发热就需要散热,这也就意味着车辆需要额外的电量去维持温度。

一来二去,能量的损耗将大大影响电车的续航,所以从源头上抑制发热是关键。

无论是车辆性能还是续航表现,IGBT 都扮演了非常重要的角色。目前,几乎所有的比亚迪新能源车都搭载了自主研发的 IGBT,只能说全新一代唐 EV 百公里 4.4S 加速能力和等速 600 公里续航绝非偶然。

「造芯」很难,比亚迪发布的 IGBT 4.0 有什么特点

和所有芯片一样,IGBT 的研发制造同样设计门槛高、制造技术难、投资大。

我们来看一下官方的「硬核」科普

芯片要求:

IGBT 芯片仅有人的指甲大小,但却要在其上蚀刻十几万乃至几十万的微观结构电路,仅能在显微镜下查看。

IGBT 芯片设计难度高:IGBT 虽然是一个开关器件,但涉及到的参数多达十几个,很多参数之间是相互矛盾,需要根据应用折衷考虑。

晶圆制造工艺难度大:最主要体现在薄片加工处理上。采用最新的 1200V FS 技术的 IGBT,需要将晶圆减薄到 120um(约两根头发丝直径)的厚度,再进行 10 余道工序加工。

晶圆制造的厂房洁净度要求非常高,需要一级净化。一个零点几微米的微尘掉落在晶圆上,就会造成一颗 IGBT 芯片失效。

至于加装到车里还需要考虑到模块化等等,和数码 3C 产品「舒适」的工作环境不同,车规级芯片还要应对严苛的行车工况。

相比市面上的主流产品,比亚迪宣称自家的 IGBT 4.0 具备以下优势:

1. 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。

2. 同等工况下,综合损耗较当前市场主流的 IGBT 降低了约 20%,整车电耗显著降低。

3. 温度循环寿命可以做到当前市场主流 IGBT 的 10 倍以上。

另一方面就是成本,比亚迪介绍,目前市面上主流的车载 IGBT 成本占到整车的 5% 左右,短期内还在持续上涨。通过规模化量产,比亚迪希望进一步降低成本,拉低。

目前比亚迪位于宁波的半导体工厂的月产五万片晶圆,理论上能够配备五万辆新车。按照规划,2020 年这家工厂的月产能有望做到十万片,除了自给自足外,还可以提供给其他主机厂使用。

最后一个彩蛋是,比亚迪宣布,在材料上进一步突破,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 %。

SiC 具备高耐压、低损耗、高效率的特性,是替代 Si 的第三代半导体材料

 

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