今天，具有自主知识产权优势的芯片技术比以往任何时候都备受关注，“为中国制造赋芯”成为新一代中国企业家的追求与担当。
12月10日，在冬雨绵绵的宁波，比亚迪发布了一个振奋人心的消息，经过十余年的努力，公司成功研发出全新的车规级产品IGBT4.0，并成为车规级IGBT的标杆；让IGBT这个堪称电动车CPU的核心技术达到全球领先的水平。
什么是IGBT？
一枚小小的芯片，往往能够制约一个产业的创新与发展，对于新能源汽车行业来说，IGBT就是最核心的技术。它因为技术难、投资大，与动力电池一样，被业内称为新能源汽车核心技术的“珠穆拉玛峰”，长期以来制约了新能源汽车的大规模商业化。
IGBT的全称为，Insulated Gate Bipolar Transistor，中文名，绝缘栅双极型晶体管。它是一种大功率的电力电子器件，主要用于变频器逆变和其他逆变电路，将直流电压逆变成频率可调的交流电，俗称电力电子装置的CPU。
据了解，IGBT是能源变换与传输的核心器件。采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键技术，它在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车、新能源装备，以及工业领域（高压大电流场合的交直流电转换和变频控制）等应用极广，也是上述应用中的核心技术。
车规级IGBT要求更严苛
根据击穿电压（VBR）区分，IGBT有600V、650V、750V、1200V、1700V、2500V、3300V、4500V和6500V。其中，1200V及以下主要用在工业、汽车、家电等，属于低压类别；轨道交通主要使用的是2500V~6500V的IGBT；电网主要使用6500V的IGBT。
与工业级IGBT相比，IGBT在电动汽车领域的应用需要面临更多的挑战，一方面，汽车的大众消费属性，对IGBT的寿命要求比较高（设计寿命在20年以上），需要满足使用寿命内数十万次甚至百万次的功率循环要求；另一方面，汽车面临着更为复杂的适用工况，需频繁启停、爬坡涉水、经历不同路况和环境温度等，高温、高湿、高振动对IGBT是极为严苛的考验，对装配体积和散热效率的要求都非常严格。
此外，电动汽车的操作人员存在相对非专业性的情况，其对IGBT的考验和性能要求是多维度、全方位的，但又出于乘用车需面向大众消费市场的原因，要求其价格必须保持在合理区间，因此，车用IGBT要求高性价比前提下的高可靠性。在这些因素的综合影响下，车规级IGBT相较于工业级，无论是技术难度、应用场景，还是可靠性方面，对器件本身的要求都更为严苛。
从国际垄断到自主量产
相关数据显示，中国IGBT市场一直被国际巨头垄断，其中，90%的份额掌握在英飞凌、三菱等海外巨头手中。不过，早在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，比亚迪就预见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，默默布局IGBT产业。
2005年，比亚迪组建IGBT研发团队，正式进军IGBT领域。刚开始的时候，他们通过与世界知名的欧洲芯片厂商和模组供应商合作，先从相对容易封装入手，之后再在深圳建立了国内首条车用IGBT模块生产线。2008年10月，比亚迪收购宁波中纬半导体晶圆厂。通过升级宁波中纬生产线，来打造芯片研发的工艺平台。在比亚迪人的持续攻坚下，终于在2009年6月拿出了比亚迪自身的1200V IGBT芯片样片，并成功通过中国电器工业协会电力电子分会组织的科技成果鉴定，实现了中国在IGBT芯片技术上实现零的突破，也打破了国际巨头的技术垄断。
目前，比亚迪是中国唯一一家拥有IGBT完整产业链的车企，包含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。
车规级IGBT的标杆
从无到有，从有到强。IGBT“驯化”了电，而比亚迪“驯化”了IGBT。经过10余年的技术积累，比亚迪IGBT不断迭代更新。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，使之成为车规级IGBT的一柄标杆！
在芯片损耗方面，比亚迪 IGBT4.0产品的综合损耗相比当前市场主流产品降低了约20%，使得整车电耗降低。以全新一代唐为例，在其他条件不变的情况下，采用比亚迪 IGBT4.0较采用当前市场主流的IGBT，百公里电耗少约3%。在温度循环能力上，IGBT4.0产品模块的温度循环寿命可以做到当前市场主流产品的10倍以上。在电流输出能力上搭载IGBT4.0的V-315系列模块在同等工况下较当前市场主流产品的电流输出能力提升15%，支持整车具有更强的加速能力。
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。
在晶圆的产品分析中，需要用到倍率高达50万倍的扫描电子显微镜进行操作。相比之下，2000倍的倍率就足以让PM2.5细颗粒物显露“真身”。晶圆的制造用水，标准需达到超纯水，也就是几乎去除氧和氢以外所有原子的水，为达到这个标准，需经过20多层净化。
为保证产品品质，晶圆生产所需的光刻机需要保持平稳。在晶圆工厂，光刻机需要放在特制的防震台上，避免路过的车辆、甚至从旁经过的人的脚步对其的影响。此外，为了防震，晶圆工厂的地基需要打到岩石层。
事实上，IGBT具有芯片设计难度高、晶圆制造工艺难度大的特点，但并不影响比亚迪打破垄断，“为中国制造赋芯”的能力。
国产替代空间巨大
数据显示，2017年，中国国内的IGBT市场规模约121亿元（含车规级及工业级），约占全球总需求的50%。但我国IGBT起步较晚，国内市场份额主要被国际巨头垄断，国产化率只有11%，进口依赖程度较高，国产替代空间巨大。
伴随新能源汽车产销量爆发，功率半导体需求激增，行业迎来黄金发展时期。2018年，中国新能源汽车产量有望达到100万辆。按国家制定的“2020年当年销量达到200万辆产销量”的目标，2018-2020年中国新能源汽车产量年复合增长率将超过40%。市场分析认为，2018-2025年期间，国内新能源汽车及相关产业带动的IGBT市场规模共计超过1200亿元。其中，新能源汽车所用IGBT累计新增市场规模超过900亿元；充电桩所用IGBT累计新增市场规模达300亿元。
此外，按照此前工信部、国家发改委、科技部联合发布的《汽车产业中长期发展规划》，2020年单年和2025单年，中国新能源汽车的年产量将分别达到200万辆和700万辆。由此预测，2018-2020年和2020-2025年间中国新能源汽车的增速将分别达到40%和28.47%。在这样的大背景下，主要依赖进口的车规级IGBT的缺货情况或将较全球市场更甚，比亚迪IGBT4.0将迎来集中的产品需求期。
助力比亚迪新能源车的超凡性能
今年3月，比亚迪IGBT荣获全球电子技术领域最大媒体集团AspenCore“2018年度中国IC设计公司成就奖之年度最佳功率器件”。得益于在IGBT领域的成果，比亚迪新能源车的超凡性能得以成功落地，并具有持续迭代升级的能力。
比如“双模‘542’黑科技”。有赖于IGBT为比亚迪提供对电流的准确、有效控制，使得比亚迪全新一代唐得以实现百公里加速4.5秒、全时电四驱、百公里油耗2升以内，从超强加速、全时电四驱、超低油耗三方面重新定义高性能汽车标准。
此外，比亚迪全新一代唐EV的百公里加速时间达到行业领先的4.4秒。与此同时，比亚迪IGBT在芯片损耗、电流输出能力等方面的优异性能，极大提升驱动系统的工作效率，和电池等其他关键技术一起，在60KM/小时等速续航条件下，将比亚迪全新一代唐EV的续航里程提升到了600公里，极大满足了用户对新能源车的使用需求。
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，是中国唯一一家拥有IGBT完整产业链的整车企业。
再出发，比亚迪提前布局SiC
“驯服”了IGBT，比亚迪又将目光投向了更远的未来。
虽然在未来较长一段时间内，IGBT仍将供不应求。但比亚迪也已预见到，随着电动车性能不断地提升，对功率半导体组件提出了更高的要求，当下的IGBT也将逼近硅材料的性能极限。寻求芯片损耗更低、电流输出能力更强、更耐高温的全新半导体材料，已成为学界和业界的普遍共识。
据悉，比亚迪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。
此次发布会上，比亚迪宣布，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%。
比亚迪第六事业部兼太阳能事业部总经理陈刚表示：“SiC MOSFET将成为比亚迪电动车性能持续迭代更新的新一代‘杀手锏’，我们期望在加速、续航等性能指标上，为广大消费者带来更多惊喜。”
从“一芯难求”到“为中国制造赋芯”，比亚迪作为全球唯一一家同时拥有动力电池和电动汽车大规模生产能力的企业，为我国汽车产业的换道超车，提供强大的“中国芯”。未来，伴随着比亚迪SiC的推出与大规模应用，我国汽车产业的“再向上”将获得新的助推力。