小到智能手機、個人電腦，大到汽車輪船、飛機火箭，信息時代的快速發展對各種科技設備的芯片算力要求越來越高。而我國在算力的載體——芯片領域，卻一直受制于國外。數據顯示，2017年中國芯片進口額超過2600億美元，已取代原油（原油進口額1500億美元）成為中國第一大進口商品。

芯片成為我國高新科技產業的痛點，甚至成為我國在國際市場上的“軟肋”，這一點從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工程師朋友就發來微信：“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，掌管著整個設備的能源變換與傳輸。不過相比電腦、手機的CPU，它能承載的功率更大，因此主要用于汽車、艦船、飛機等大型設備。

IGBT芯片的生產制造與CPU類似，是一個“點砂成金”的過程。首先將沙子加熱至熔融狀態，然后導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。具體的過程，大家可以觀看下方來自英特爾的科普視頻。

從砂子到晶圓再到芯片，硅的價值直線飆升。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％、電機驅動系統成本的一半。

一直以來，我國IGBT芯片嚴重依賴進口，國內約90％的市場份額掌握在英飛凌、三菱等海外巨頭手中。近幾年，中國集成電路產業在國家政策推動及市場牽引下得到迅速發展，國產化進程加快?，F在，比亞迪IGBT 4．0芯片無疑打破了國外技術封鎖。

其實早在2005年，比亞迪就組建IGBT研發團隊，正式進軍IGBT領域。2009年，比亞迪IGBT芯片成功通過中國電器工業協會電力電子分會組織的科技成果鑒定，標志著中國在IGBT芯片技術上實現零的突破，打破了國際巨頭的技術壟斷。經過十余年耕耘，比亞迪成功研發出全新的車規級IGBT 4．0芯片，成為車規級IGBT的標桿。目前，比亞迪已累計申請IGBT相關專利175件，其中授權專利114件。

生產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晶體管，然后還要對晶圓進行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，每立方英尺內直徑超過0．5微米的微塵不能超過1個。因為一旦有一個微塵掉落在晶圓上，就會造成一顆IGBT芯片失效，是不是又開始心疼了？

此外，汽車作為大眾級消費品，對IGBT芯片的壽命也提出較高的要求，一般來說設計壽命要在20年以上，需要滿足使用壽命內數十萬次甚至百萬次的功率循環要求。同時，其制造成本和價格也要控制在消費者可以接受的范圍內。

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。在這些因素的綜合影響下，車規級IGBT芯片相較于工業級，無論是技術難度、應用場景，還是可靠性方面，對器件本身的要求都更為嚴苛。

但是比亞迪做到了，而且做得更好。比亞迪IGBT 4．0產品的綜合損耗相比當前市場主流產品降低了約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芯片較采用當前市場主流產品，百公里電耗減少約3％。

可靠性方面，比亞迪IGBT 4．0產品模塊的溫度循環壽命可以做到當前市場主流產品的10倍以上。其電流輸出能力也比主流產品提升15％，支持整車具有更強的加速能力，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功率就可以做到的。

猶如高通之于手機，英特爾之于電腦，憑借自主研發的IGBT 4．0芯片，向新而行的比亞迪欲成為全球最大的車規級功率半導體供應商和全球領導者。

IGBT 4．0的發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的發展有著深遠的影響。艾格的設計、漢斯的調校，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。