IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，中文名為絕緣柵雙極型晶體管，是一個(gè)有MOS Gate的BJT晶體管，可以簡(jiǎn)單看成一個(gè)非通即斷的開(kāi)關(guān)。IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷诩矣秒娖鳌⒐I(yè)、交通、電網(wǎng)等領(lǐng)域有重要作用，被稱(chēng)為電力電子的“CPU”。
IGBT等效電路
IGBT如此重要，長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)卻不得不面對(duì)依賴(lài)進(jìn)口的尷尬局面，市場(chǎng)主要被英飛凌、三菱、富士電機(jī)為首的國(guó)際巨頭壟斷，國(guó)產(chǎn)化占比長(zhǎng)期處于較低水平。
比亞迪IGBT的崛起
不過(guò)，隨著中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，帶動(dòng)了周邊電子元器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國(guó)產(chǎn)IGBT迎來(lái)了發(fā)展的春天。根據(jù)集邦資訊的分析報(bào)告指出，比亞迪微電子憑借擁有終端的優(yōu)勢(shì)，在車(chē)用IGBT市場(chǎng)快速崛起，取得中國(guó)車(chē)用IGBT市場(chǎng)超過(guò)兩成的市占率，一躍成為中國(guó)銷(xiāo)售額前三的IGBT供應(yīng)商。這樣的成績(jī)得益于比亞迪一直以來(lái)在IGBT領(lǐng)域的大力研發(fā)投入，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2018年11月，比亞迪累計(jì)申請(qǐng)IGBT相關(guān)專(zhuān)利175件，其中授權(quán)專(zhuān)利114件。
當(dāng)前，比亞迪的新能源汽車(chē)業(yè)務(wù)已經(jīng)和燃油車(chē)業(yè)務(wù)達(dá)到了平分秋色的地步。根據(jù)比亞迪官方近期發(fā)布的銷(xiāo)售統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在比亞迪2018全年累計(jì)銷(xiāo)售的52.07萬(wàn)輛車(chē)中，其中新能源汽車(chē)為24.78萬(wàn)輛，燃油車(chē)為27.29萬(wàn)輛。比亞迪新能源汽車(chē)占比從2017年的27.75%提升至2018年的47.59%。
在新能源汽車(chē)制造中，IGBT約占電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本的一半，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)占整車(chē)成本的15-20%，也就是說(shuō)IGBT占整車(chē)成本的7-10%，是除電池之外成本第二高的元件，也決定了整車(chē)的能源效率。新能源汽車(chē)銷(xiāo)量逐年走高，比亞迪要想更好的凈利潤(rùn)表現(xiàn)，不斷攻克IGBT關(guān)鍵技術(shù)是必經(jīng)之路。從2003年進(jìn)入新能源汽車(chē)領(lǐng)域起，比亞迪就一直在關(guān)注IGBT等電動(dòng)車(chē)核心技術(shù)的自主研發(fā)和創(chuàng)新。
比亞迪進(jìn)入IGBT產(chǎn)業(yè)是在2005年，并于2009年打破國(guó)際廠(chǎng)商壟斷，取得了IGBT的核心技術(shù)突破。
目前，比亞迪擁有國(guó)內(nèi)首個(gè)汽車(chē)IGBT打造鏈條，包括IGBT芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、模塊封裝等部分，還有仿真測(cè)試以及整車(chē)測(cè)試。
2018年年底，比亞迪發(fā)布了在車(chē)規(guī)級(jí)領(lǐng)域具有標(biāo)桿性意義的IGBT4.0技術(shù)，再一次展示出其在電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，進(jìn)一步打破了國(guó)際大廠(chǎng)形成的技術(shù)壁壘。
比亞迪的IGBT4.0在綜合損耗方面比主流產(chǎn)品低20%；電流輸出能力較市場(chǎng)當(dāng)前主流產(chǎn)品高15%；溫度循環(huán)壽命做到了同類(lèi)主流產(chǎn)品的10倍以上。
產(chǎn)品性能不輸國(guó)際大廠(chǎng)，這就是比亞迪人員敢稱(chēng)自己和歐廠(chǎng)、日廠(chǎng)三分天下的底氣。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，比亞迪將IGBT技術(shù)提升到了國(guó)際領(lǐng)先水平對(duì)于比亞迪新能源汽車(chē)健康發(fā)展有保駕護(hù)航的作用，不至于在核心部件上被“卡脖子”。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2018-2022年，全球電動(dòng)車(chē)年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)30%，但同期車(chē)規(guī)級(jí)IGBT市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率僅為15.7%。比亞迪是國(guó)內(nèi)唯一擁有IGBT技術(shù)的車(chē)廠(chǎng)，避免了坐等英飛凌IGBT發(fā)貨導(dǎo)致汽車(chē)研發(fā)滯后的尷尬。要知道，目前IGBT的正常供貨周期已經(jīng)達(dá)到8-12周，最長(zhǎng)達(dá)到52周。當(dāng)供需關(guān)系進(jìn)一步緊張之后，車(chē)廠(chǎng)“斷糧”并非不可能。
目前，比亞迪IGBT芯片晶圓的產(chǎn)能為5萬(wàn)片/月，年供應(yīng)新能源汽車(chē)60萬(wàn)輛。到今年年中，比亞迪IGBT產(chǎn)能有望達(dá)到10萬(wàn)片/月，年供應(yīng)新能源汽車(chē)可達(dá)120萬(wàn)輛，將很大程度上緩解我國(guó)新能源汽車(chē)IGBT芯片供應(yīng)不足問(wèn)題。
另外，IGBT也是新能源充電樁的核心部件之一，占到充電樁成本的20%。由于未來(lái)幾年新能源汽車(chē)及充電樁市場(chǎng)將進(jìn)入爆發(fā)期，加上國(guó)產(chǎn)替代的大趨勢(shì)，比亞迪IGBT的市場(chǎng)份額有望進(jìn)一步提高。
比亞迪在功率器件的其他布局
傳統(tǒng)功率半導(dǎo)體器件基于硅基制造，未來(lái)的趨勢(shì)是采用第三代半導(dǎo)體材料（如 SiC、 GaN），具有寬禁帶特性。
根據(jù)比亞迪微電子高級(jí)研發(fā)經(jīng)理吳海平的描述，比亞迪做車(chē)用IGBT是被逼迫的，因?yàn)闆](méi)有工業(yè)級(jí)IGBT廠(chǎng)商愿意理會(huì)當(dāng)時(shí)比亞迪的車(chē)用需求，才讓比亞迪走上了自研的道路。比亞迪自研汽車(chē)核心功率器件一直堅(jiān)持自主創(chuàng)新，走出自己的特色。
同時(shí)，吳海平也提到，比亞迪的研發(fā)，保持對(duì)新技術(shù)的敏感，研發(fā)要有提前量。
IGBT是MOSFET的改進(jìn)版，并不能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓和大電流，高于2KV的功率裝置系統(tǒng)，GTO或IGCT仍然牢牢地占領(lǐng)和控制著市場(chǎng)，IGBT在這一點(diǎn)上望塵莫及。且硅基器件的至命缺點(diǎn)是電壓不高 , 隨電壓升高 , 功耗會(huì)迅速增加。而上述所提到的高功率，基于SiC的MOSFET 器件基本都能實(shí)現(xiàn)。比亞迪在車(chē)用功率器件的提前量研發(fā)就是SiC器件。
SiC材料制作的MOS器件可在大于200度的高溫環(huán)境下工作，具有極低的開(kāi)關(guān)損耗和高頻工作能力，減小了模塊的體積和重量，顯著提高了系統(tǒng)的效率，有利于節(jié)能降耗。因此在新能源汽車(chē)市場(chǎng)擁有廣闊的應(yīng)用前景。
比亞迪已投入巨資布局第三代半導(dǎo)體材料SiC，并將整合材料（高純碳化硅粉）、單晶、外延、芯片、封裝等SiC半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈，致力于降低SiC器件的制造成本，加快其在電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用。
預(yù)計(jì)到2023年，比亞迪旗下所有電動(dòng)車(chē)都將會(huì)實(shí)現(xiàn)SiC器件對(duì)IGBT的全面替代。
國(guó)產(chǎn)IGBT缺口巨大
SiC器件代表著未來(lái)，IGBT則是當(dāng)前的剛需。IGBT并不是簡(jiǎn)單的分立器件，是目前功率電子器件里技術(shù)最先進(jìn)的產(chǎn)品，是國(guó)家“02專(zhuān)項(xiàng)”的重點(diǎn)扶持項(xiàng)目。國(guó)務(wù)院在發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出，至2020年，我國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)年生產(chǎn)能力將達(dá)200萬(wàn)輛，等效為8英寸IGBT晶圓年需求100萬(wàn)片，預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)IGBT銷(xiāo)售額將達(dá)近200億元。
從當(dāng)期的局勢(shì)來(lái)看，我國(guó)IGBT的產(chǎn)業(yè)格局并不樂(lè)觀(guān)。首先在產(chǎn)業(yè)鏈布局上就略顯薄弱，目前從事IGBT國(guó)產(chǎn)化的廠(chǎng)商主要有以下幾家。
圖片來(lái)源：中汽汽車(chē)電子電器信息
在IDM模式廠(chǎng)商中，除了中國(guó)中車(chē)和比亞迪分別依靠高鐵和新能源汽車(chē)取得了一定的成績(jī)，其他廠(chǎng)商在技術(shù)和設(shè)備上較國(guó)際大廠(chǎng)有很大的差距。因而，我國(guó)IGBT總體市場(chǎng)有90%是依賴(lài)進(jìn)口產(chǎn)品的。
其次，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商對(duì)于IGBT國(guó)產(chǎn)化替代的意愿并不強(qiáng)烈，英飛凌、三菱等廠(chǎng)商的IGBT產(chǎn)品已經(jīng)經(jīng)過(guò)了市場(chǎng)的長(zhǎng)期驗(yàn)證，國(guó)產(chǎn)IGBT廠(chǎng)商屬于后進(jìn)者，產(chǎn)品在穩(wěn)定性方面較國(guó)際大廠(chǎng)有很大的不確定性，設(shè)備廠(chǎng)商更換國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)很大，這也是制約國(guó)產(chǎn)IGBT產(chǎn)品進(jìn)入高端市場(chǎng)的障礙
最后是國(guó)內(nèi)IGBT產(chǎn)業(yè)輔助環(huán)節(jié)薄弱。國(guó)產(chǎn)IGBT芯片的主要工藝設(shè)備、襯底片都要從國(guó)外采購(gòu)，特別是在大功率模塊封裝方面。
因此，國(guó)產(chǎn)IGBT在產(chǎn)品的功率密度、散熱性能、長(zhǎng)期可靠性以及模塊設(shè)計(jì)創(chuàng)新方面，較國(guó)際大廠(chǎng)差距仍然較大。但國(guó)產(chǎn)IGBT替代需求強(qiáng)勁且前景明朗，我們需要更多像比亞迪這樣的廠(chǎng)商，借助我國(guó)在清潔能源、新能源汽車(chē)和工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，更快和更全面地完成IGBT的國(guó)產(chǎn)替代。