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igbt是什麼類型的芯片
igbt是什麼類型的芯片
更新时间:2024-10-05 03:18:59

今年4月份,比亞迪發布重磅消息,其半導體業務計劃拆分出獨立的比亞迪半導體公司尋求上市,随後在兩個月内30家投資機構争相對其進行了27億元投資。這一切得益于比亞迪IGBT技術取得的重大突破,也讓“IGBT”這個原本不被世人熟知的名詞,忽然變得炙手可熱。

那麼IGBT是什麼,究竟有多重要?比亞迪的IGBT技術目前處在什麼水平?比亞迪半導體公司怎麼樣?IGBT行業就業前景如何?這篇文章就來回答你的這些疑問。

igbt是什麼類型的芯片(透徹易懂的IGBT芯片知識)1

IGBT的中文稱呼是絕緣栅雙極型晶體管,是一種應用于電力電子領域的功率半導體,是能源轉換與傳輸核心器件,可以有效提高設備的能源利用效率、自動化、智能化水平,所以也被俗稱為電力電子裝置的“CPU”。

簡單的講,IGBT具有交直流轉換、變頻的能力。

通過交直流轉換,IGBT可以将電動汽車電池中的直流電轉換成交流電,供電機使用。也可以将充電樁的交流電轉換成直流電,對電池充電。

通過脈寬調制,IGBT可以輕松改變輸送到電機的交流電頻率,從而精确改變電機轉速,控制車輛行駛速度。以及決定車輛的最大輸出功率(最高時速),扭矩(加速、爬坡能力)。

igbt是什麼類型的芯片(透徹易懂的IGBT芯片知識)2

同為“CPU”,IGBT與電腦CPU有什麼不同

通常,我們熟悉的電腦CPU偏重于計算和對信息的綜合處理。而IGBT則是側重能源的轉換與傳輸。

IGBT在導通時,要承受幾十到幾百安培的電流,在斷開時,要承受幾百到幾千伏的電壓,而且IGBT在巨大的電流電壓下,還要以每秒最高幾萬次的速度進行開關,從而産生所需頻率的電流。所以IGBT的好壞,直接影響着車輛能否秒級起跑、能否平滑變速、能否順暢超車等一系列行車關鍵指标。

另一方面,二者的集成度也差别巨大。半導體産業中有兩大分支:集成電路和分立器件。IGBT隻是分立器件中的一種,所以同樣是指甲蓋大小的芯片,電腦CPU集成了數十億個晶體管,而IGBT大約隻有幾十萬個晶體管。所以我國公司能夠在IGBT領域率先取得突破,以及實現IDM模式生産(一家公司包攬設計、制造全過程)也容易理解。

igbt是什麼類型的芯片(透徹易懂的IGBT芯片知識)3

比亞迪IGBT

比亞迪制造的IGBT已達到車規級水平,而且已經用在了自家的電動汽車上。

所謂車規級,就是一套IGBT硬件的标準規則。按照嚴苛程度劃分,通常軍用級>車規級>工業級>商業級。

因為車輛運行的工況比大多數工業工況複雜。在擁堵的路段車輛需要頻繁啟停,IGBT上的工作電流也會相應的頻繁升降,使得IGBT的結溫快速變化。

車輛還要在不同海拔、溫度、濕度、颠簸、泥濘路況中行駛,接受不同駕駛者的不同駕駛習慣,使IGBT的質量面臨很大的考驗。

采用永磁同步電機的電動汽車啟動、駐車時,IGBT還将持續承受大電流,使模塊的局部過熱,這對IGBT的耐熱性能,及散熱系統的設計帶來了挑戰。

同時,電動汽車對于驅動系統的功率密度、驅動效率等,也比常規工業領域有着更高的要求,需要依靠高性能的IGBT來滿足。因此IGBT芯片也正朝着小型化、低功耗、耐高溫、高安全性、智能化的方向發展。

igbt是什麼類型的芯片(透徹易懂的IGBT芯片知識)4

2009年,比亞迪讓中國在 IGBT 技術上實現了零的突破。2018年底比亞迪推出了車規級IGBT4.0産品。目前,比亞迪是我國唯一一家擁有完整IGBT産業鍊的車企。

以往很長一段時間,中國90%的IGBT都需要由國外進口,依靠英飛淩、安森美、三菱等國外巨頭供貨。而2019年比亞迪IGBT在國内市場的占有率已達到了18%,排名第二。

當然,比亞迪的IGBT距離國際最先進水平還有不小的差距,以近幾十年IGBT的制造工藝疊代水平來說,比亞迪推出的IGBT4.0相當于第五代水平,而三菱IGBT在2012年就已達到第七代水平。

不過,業内已經公認,目前主流的單晶矽IGBT芯片已接近材料的極限性能,IGBT芯片材料正在向第三代SiC材料發展。比亞迪也早已經布局了SiC領域,預計2023年實現SiC材料對單晶矽材料的全面替代。這有助于比亞迪快速縮短和對手的差距。

第一代半導體材料主要是矽(Si)、鍺(Ge),第二代是砷化镓(GaAs)、銻化铟(InSb)等,第三代是碳化矽(SiC)、氮化镓(GaN)等。

igbt是什麼類型的芯片(透徹易懂的IGBT芯片知識)5

比亞迪半導體公司

比亞迪IGBT芯片取得今天的突破絕非一朝一夕之功,自比亞迪于2003年進入汽車行業起,就開始布局新能源汽車,以及相應的芯片配套産業。2004年比亞迪微電子在深圳成立(也就是比亞迪總部所在地),主要進行集成電路及功率器件的開發、整合、晶圓生産等業務。2005年比亞迪微電子組建了專門的研發團隊,開始研發車規級IGBT産品。

2008年比亞迪又收購了當時被業界視為是燙手山芋,瀕臨破産的甯波中緯積體電路(甯波比亞迪半導體前身)。當時甯波中緯設備老舊、管理層動蕩被很多業界人士稱為爛攤子、銷金窟。不過,畢竟比亞迪造的IGBT屬于分立器件,所以甯波廠的設備還是可以實現的。在經過一系列技術改進、設備升級後,比亞迪造出了IGBT。

目前比亞迪IGBT芯片晶圓産量已達到每月5萬片,預計到2021年可達到每月10萬片(2021年産量相當于120萬輛新能源汽車的IGBT用量,超過我國2019年新能源乘用車全年的銷量)。

經過本輪重組,比亞迪将旗下原有的兩家半導體單位進行了整合,同時又加入了節能科技、智能光電、LED等業務。另外比亞迪長沙IGBT工廠也在建設當中。

igbt是什麼類型的芯片(透徹易懂的IGBT芯片知識)6

數據來源:乘聯會

IGBT行業的就業

從就業的角度來說,比亞迪半導體已經取得了令人矚目的成績。而且,電動汽車最關鍵的電池,第二關鍵的IGBT,這兩方面,比亞迪都達到了國際先進水平,連特斯拉都對比亞迪電動汽車的競争實力懼怕三分,所以到比亞迪半導體公司就業是個非常不錯的選擇。

就IGBT行業的就業而言,雖然IGBT芯片比不上電腦CPU芯片那麼高端,但IGBT在軌道交通、電動汽車、家用電器、智能電網、航空航天、國防安全等領域都有着不可或缺的應用。而且,IGBT的需求量也非常巨大,目前一輛新能源汽車上的IGBT芯片用量超過80顆,随着今後新能源汽車的爆發式增長,IGBT的需求量還會大幅增加。

再往遠了說,目前20、30萬元的家用量産電動汽車車型就能輕松達到以前數百萬元豪車才能達到的5秒以内0-100km/h加速的性能。随着IGBT、電池技術的繼續發展,當二者的進展達到了一定的程度,性能更強、可靠性更高、成本更優的電動坦克、電動螺旋槳飛機、電動遊艇興起也是順理成章的事情。

所以在IGBT行業就業前景十分廣闊。

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