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揭秘比亚迪的半导体野心:试图做汽车界的“高通”

2018-12-15 09:15
来源: 钛媒体
编辑:东方财富网

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这家半导体公司隶属于“比亚迪”的第六事业部,用以生产新能源汽车的电控芯片IGBT,IGBT的晶圆模组等组成部分都对工作环境提出了极高要求。官方资料显示,比亚迪在2003年进军新能源汽车,2005年投入IGBT芯片研发,而在2008年10月,比亚迪通过收购宁波中纬半导体晶圆厂,走向IGBT生产之路。
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  宁波比亚迪半导体公司的生产车间内,所有的工作人员都被白色防尘服严实包裹,只能露出一双眼睛,彼此交流不多,各自穿梭忙碌在精密仪器之间,像极了科幻电影中的一幕。

  这家半导体公司隶属于比亚迪的第六事业部,用以生产新能源汽车的电控芯片IGBT,IGBT的晶圆、模组等组成部分都对工作环境提出了极高要求。

  “我们工厂无尘要求十分严苛,每英尺(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,连洗手台的水都是经过20道工序过滤,只保留了氢原子和氧原子的超纯水。”现场工作人员介绍道。

  IGBT是英文Insulated Gate Bipolar Transistor(绝缘栅双极型晶体管芯片)的缩写,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,被称为电力电子装置的“CPU”,可以直接控制直、交流电的转换,决定驱动系统的扭矩(直接影响汽车加速能力)、最大输出功率(直接影响汽车最高时速)等性能。

  12月10日,比亚迪宣布研发出新一代车规级产品IGBT4.0,在芯片损耗和温控能力两大关键指标上,均取得突破。

  “新能源汽车的核心要素是电流,IGBT的角色正是调节和控制电流。”比亚迪第六事业部兼太阳能事业部总经理陈刚总结道,“相当于动力电池产生了电,而IGBT驯化了电。”

  官方资料显示,比亚迪在2003年进军新能源汽车,2005年投入IGBT芯片研发,而在2008年10月,比亚迪通过收购宁波中纬半导体晶圆厂,走向IGBT生产之路。

  近几年,中国新能源汽车发展迅猛,IGBT已经出现供不应求局面。今年3月,上汽与德国半导体巨头英飞凌以51:49股比成立合资公司,生产并面向中国市场供应IGBT。已在半导体领域布局多年的比亚迪自然不甘继续沉默。

新能源汽车供应链上的新蛋糕

  2018年来,新能源汽车一直保持较为高速的发展。12月10日,全国乘用车市场信息联席会(以下简称“乘联会”)发布了11月我国乘用车产销数据。11月的新能源车批发销量达到13.6万辆,环比增长19.1%,同比增长69%;其中插混同比增长87%,纯电动同比增长65%。1~11月新能源乘用车批发88万辆。

  中国新能源汽车的快速增长,已经推动国产动力电池公司宁德时代和比亚迪在全球装车量中长期雄踞前三。而容易被人忽视的一个市场是,在新能源汽车成本结构中,IGBT也占据着5%的比例,仅次于动力电池。

  除了成本比重高,IGBT的功能角色也相当关键,其为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。

  有业内人士指出,“对新能源车来说,电池、VCU、BSM、电机效率都缺乏提升空间,最有提升空间的当属电机驱动部分,而电机驱动部分最核心的元件IGBT则是最需要重视的。”

  而且,随着新能源汽车保有量上升,在车辆电控系统、充放电结构,以及充电桩当中,IGBT都会大有用武之地。

  就行业现状来看,IGBT市场一直被国际巨头垄断,90%的份额掌握在英飞凌、三菱等海外巨头手中。

  但目前困扰IGBT市场的问题,恰恰是产能不足。据业内人士透露,英飞凌IGBT的交付周期已经达到12个月,国内不少新能源车企的车辆交付因此受到影响。

  “在产能方面,新能源汽车的发展会受限于电池以及IGBT产品的产能现状。”比亚迪第六事业部兼太阳能事业部总经理陈刚介绍道。

  而这或许已经成为比亚迪,乃至上汽等国内车企的掘金机会。

  “今年年底,比亚迪宁波IGBT工厂的产能是月产5万片晶圆,而到2020年,将实现月产10万片晶圆,也就是年产120万的产能。”陈刚说,“因此,比亚迪决定从自给自足,开始面向全行业进行开放。”

  据透露,2019年,比亚迪将拿出部分产能面向其他新能源汽车厂商供应。

  布局IGBT前端技术,做汽车界的“高通

  集成半导体行业一直是国内企业的弱项,但是在IGBT所属的功率半导体行业,比亚迪则有信心在全球市场与德国、日本形成三足鼎立局面。

  据陈刚介绍,投入10余年研发后,比亚迪推出的IGBT4.0已经在损耗和温控能力两大关键指标上均取得突破。例如,在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,采用比亚迪的IGBT4.0,较采用当前市场主流的IGBT,百公里电耗少约3%。”

  而在温度循环能力方面,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。

  电流输出能力方面,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。

  当然,技术的突破背后是工艺的突破。据钛媒体了解,目前比亚迪已经开始大规模应用1200V电压的车规级IGBT芯片,而采用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。

  据悉,当前IGBT主要的材料方案是硅基IGBT,而比亚迪已经在第三代半导体SiC(碳化硅)的研发中进行大量投入。据悉,碳化硅IGBT能够做到损耗更低、电流输出能力更强。

  特斯拉Model 3即采用了与意法半导体联合开发的的650v 碳化硅功率器件Mosfet, 相比Model S采用的IGBT,实现了5-8%逆变器效率提升,这为Model 3的续航能力提升带来不小帮助。

  陈刚向钛媒体表示,比亚迪基于碳化硅材料的IGBT芯片已大规模用于车载电源, 有望于2019年将推出搭载SiC电控的电动车不过,性能增强对应的是成本提升。

  据悉,碳化硅IGBT比目前的硅基IGBT的成本高出8-10倍。但陈刚告诉钛媒体,在成本控制上,比亚迪有独有优势。

  “碳化硅IGBT成本高的原因主要有两个,一个是良率低,一个是没有规模化应用。”陈刚说,“价格和规模化应用是互相矛盾的,而比亚迪拥有从动力电池、电控系统到新能源汽车的完整上下游配合,可以帮助碳化硅IGBT降低成本。”

  陈刚预计,2023年,采用SiC基的半导体将全面替代硅基半导体(如硅基IGBT)。

  而谈到在半导体之路上的探索目标,陈刚表示,“我们立志于使比亚迪功率半导体芯片对于新能源汽车的意义,如高通之于手机、英特尔之于电脑。”

(文章来源:钛媒体)

(责任编辑:DF398)

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