为什么说新能源汽车的核心是IGBT？

IGBT约占电机驱动系统成本的一半，而电机驱动系统占整车成本的15-20%，也就是说IGBT占整车成本的7-10%，是除电池之外成本第二高的元件，也决定了整车的能源效率。不仅电机驱动要用IGBT，新能源的发电机和空调部分一般也需要IGBT。 不仅是新能源车，直流充电桩和机车(高铁)的核心也是IGBT管，直流充电桩30%的原材料成本就是IGBT。电力机车一般需要 500 个IGBT 模块，动车组需要超过100个IGBT模块，一节地铁需要50-80个 IGBT 模块。三菱电机的HVIGBT已经成为业内默认的标准，中国的高速机车用IGBT由三菱完全垄断，同时欧洲的阿尔斯通、西门子、庞巴迪也是一半以上采用三菱电机的IGBT。

除了日系厂家，英飞凌包揽了几乎所有电动车的IGBT，而三菱电机则沉醉于中国高铁的丰厚利润中无法自拔，在低于2500V市场几乎一无所获。2016年全球电动车销量大约200万辆，共消耗了大约9亿美元的IGBT管，平均每辆车大约450美元，是电动车里除电池外最昂贵的部件。其中，混合动力和PHEV大约77万辆，每辆车需要大约300美元的IGBT，纯电动车大约123万辆，平均每辆车使用540美元的IGBT，大功率的纯电公交车用的IGBT可能超过1000美元。

什么是 IGBT?IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。与以前的各种电力电子器件相比，IGBT具有以下特点：高输入阻抗，可采用通用低成本的驱动线路高速开关特性导通状态低损耗。IGBT兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点， 在综合性能方面占有明显优势，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。对于混合动力，除驱动电机外，另外还有一个发电机，可以由汽车的发动机带动其发电，然后通过IGBT模块AC/DC转换后向电池充电。在DM车型中，该发电机还可以充当驱动电机的作用。IGBT最常见的形式其实是模块(Module)，而不是单管。模块的3个基本特征：多个芯片以绝缘方式组装到金属基板上空心塑壳封装，与空气的隔绝材料是高压硅脂或者硅脂，以及其他可能的软性绝缘材料同一个制造商、同一技术系列的产品，IGBT模块的技术特性与同等规格的IGBT 单管基本相同。

模块的主要优势有以下几个多个IGBT芯片并联，IGBT的电流规格更大。多个IGBT芯片按照特定的电路形式组合，如半桥、全桥等，可以减少外部电路连接的复杂性。多个IGBT芯片处于同一个金属基板上，等于是在独立的散热器与IGBT芯片之间增加了一块均热板，工作更可靠。一个模块内的多个IGBT芯片经过了模块制造商的筛选，其参数一致性比市售分立元件要好。模块中多个IGBT芯片之间的连接与多个分立形式的单管进行外部连接相比，电路布局更好，引线电感更小。模块的外部引线端子更适合高压和大电流连接。同一制造商的同系列产品，模块的最高电压等级一般会比IGBT 单管高1-2个等级，如果单管产品的最高电压规格为1700V，则模块有2500V、3300V 乃至更高电压规格的产品。晶圆上的一个最小全功能单元称为Cell，晶圆分割后的最小单元，构成IGBT 单管或者模块的一个单元的芯片单元，合称为IGBT的管芯。

一个IGBT管芯称为模块的一个单元，也称为模块单元、模块的管芯。模块单元与IGBT管芯的区别在最终产品，模块单元没有独立的封装，而管芯都有独立的封装，成为一个IGBT管。近来还有一种叫IPM的模块，把门级驱动和保护电路也封装进IGBT模块内部，这是给那些最懒的工程师用的，不过工作频率自然不能太高咯。单管的价格要远低于模块，但是单管的可靠性远不及模块。全球除特斯拉和那些低速电动车外，全部都是使用模块，只有特斯拉对成本的重视程度远高于对人命的重视程度。特斯拉Model X使用132个IGBT管，由英飞凌提供，其中后电机为96个，前电机为36个，每个单管的价格大约4-5美元，合计大约650美元。如果改用模块的话，估计需要12-16个模块，成本大约1200-1600美元。特斯拉使用单管的原因主要是成本，尤其是其功率比一般的电动车要大不少，加上设计开发周期短，不得不采用单管设计。相比宝马I3，采用英飞凌新型HybridPACK 2模块设计，每个模块内含6个单管型IGBT，750V/660A，电流超大，只需要两个模块即可，体积大大缩小，成本大约300美元。

作为新能源车里的“CPU”，IGBT因技术难、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”。

多年以来， IGBT核心技术一直掌握在日本、欧洲等国外厂商中，制约了国内新能源 汽车 的大规模商业化。直至比亚迪的出现，一拳打破“卡脖子”技术。

而继比亚迪之后，又有一家中国企业将量产车规级IGBT。

据华虹宏力公众号消息，近日，华虹半导体有限公司与斯达半导举办“华虹半导体车规级IGBT暨12英寸IGBT规模量产仪式”，并签订战略合作协议。

双方共同宣布， 携手打造的高功率车规级IGBT（绝缘栅双极型晶体管）芯片，已通过终端车企产品验证，广泛进入了动力单元等 汽车 应用市场。

IGBT全称“绝缘栅双极型晶体管”，是影响电动车性能的关键技术，是新能源车的“大脑”，其成本约占整车成本的5%。

IGBT的好坏直接影响电动车功率的释放速度： 直接控制直、交流电的转换，同时对交流电机进行变频控制，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。

所以，可以说IGBT与新能源车的关系就如同CPU与电脑，是新能源 汽车 最核心的技术。

据悉，华虹半导体已在12英寸生产线上成功建立了IGBT晶圆生产工艺，产品顺利通过了客户认证，成为全球首家同时在8英寸和12英寸生产线量产先进型沟槽栅电场截止型IGBT的纯晶圆代工企业。

目前，华虹半导体12英寸IGBT产出已超10000片晶圆。去年斯达半导生产的 汽车 级IGBT模块合计配套超过20万辆新能源 汽车 。

9月16日-17日，中国电动 汽车 百人会在南京召开主题为"做强 汽车 三条链 实现 汽车 强国"的第二届全球新能源 汽车 供应链创新大会，比亚迪半导体有限公司相关负责人参会并发表主旨演讲。

在17日举行的"电动化供应链的未来机会"主题论坛上，比亚迪半导体着重分享了在新能源 汽车 领域的创新经验。在 汽车 电动化方面，以高效为核心，重点提升功率半导体效率，实现IGBT（绝缘栅双极晶体管）和 SiC（碳化硅）同步发展；在 汽车 智能化方面，以智能、集成为核心，重点提高MCU（微控制单元）智能程度，满足车规级高控制能力需求，开发多核MCU产品。

作为国内领先的半导体IDM企业，比亚迪半导体主要从事功率半导体、智能控制IC、智能传感器、光电半导体的设计、研发、制造及服务，产品广泛应用于 汽车 、工业、能源、通讯和消费电子等领域，持续为客户提供领先的车规级半导体整体解决方案，致力于成为高效、智能、集成的新型半导体供应商。

随着全球 汽车 产业进入深度转型期，以电动化、智能化为代表的新一代 汽车 正改变原有 汽车 制造业的供应链版图。虽然在动力电池、电机、电控方面，国内已拥有部分上规模的供应企业，但在芯片和电子元器件方面仍然严重依赖进口。公开数据显示，中国功率半导体市场占全球份额超过40%，但自给率仅10%；中国车规级MCU市场占全球份额超过30%，但却基本100%依赖于进口。

2002年，比亚迪开始进入半导体领域。在车规级功率半导体方面，比亚迪半导体拥有十余年的技术积累，不断更新迭代。2005年，比亚迪组建团队，开始研发IGBT；2009年推出国内首款自主研发IGBT芯片，打破国外企业的技术垄断；2018年推出IGBT 4.0芯片，成为国内中高端IGBT功率芯片新标杆；2020年推出国内首款批量装车的SiC MOSFET，已应用于比亚迪全新旗舰豪华轿车"汉"车型。

MCU作为 汽车 电子系统内部运算和处理的核心，是实现 汽车 智能化的关键。2007年，比亚迪进入工业MCU领域，坚持性能与可靠性双重路线，工作温度-40℃～125℃，静电能力大于±8KV，累计出货突破20亿只，失效率小于10ppm。

结合多年工业级MCU的技术和制造实力，比亚迪半导体实现了从工业级MCU到车规级MCU的高难度跨级别业务延伸。2018年成功推出第一代8位车规级MCU芯片，2019年推出第一代32位车规级MCU芯片，累计装车超500万只，实现国产化零突破。未来还将推出应用范围更加广泛、技术领先的多核高性能MCU芯片。

比亚迪半导体将持续致力于利用整车制造优势，打破国产车规级半导体下游的应用瓶颈，实现产品基本覆盖车规级半导体核心系统应用，与业内同行合作共赢，携手助力新能源 汽车 行业高质量发展。

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