位于德國艾菲爾山區(qū)紐博格林北環(huán)（紐北），蜿蜒的賽道穿梭于密林與山丘之間，由于事故頻發(fā)，被三屆F1世界冠軍Jackie Stewart稱為“綠色地獄”。這條長達20.8公里的傳奇賽道，以極限彎道、高低落差和復雜路況聞名于世，是全球車企測試車輛性能的終極挑戰(zhàn)。

在某天午后，一輛全新高性能燃油車正在這里沖擊圈速，在順利通過多個彎道后，賽車卻出現(xiàn)了動力衰減，油門響應(yīng)變得遲鈍，像是被一只無形的手拖拽著，盡管車手嘗試降檔補償動力損失，但發(fā)動機的回饋依舊乏力，最終圈速遠慢于預(yù)期。

問題出在了哪里？

工程團隊立即展開排查，先后檢查了燃油供給系統(tǒng)、增壓控制模塊、ECU軟件策略，但一切參數(shù)均在正常范圍，最終，他們的目光鎖定在了點火系統(tǒng)的核心器件——IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）芯片。

原來，賽道的高負荷環(huán)境讓現(xiàn)有 IGBT 芯片的耐壓性能接近極限，同時高溫導致開關(guān)特性漂移，點火能量不足，進而影響燃燒效率，最終導致動力輸出大幅降低。

小小的IGBT點火芯片，讓汽車廠商沖擊圈速榜的努力功虧一簣，但這也不禁讓人好奇，這顆芯片在汽車中扮演了什么樣的角色，又為何會在關(guān)鍵時刻掉鏈子呢？

點火 IGBT 的前世今生

想要了解這顆芯片，就不得不講到汽車點火系統(tǒng)的發(fā)展歷程。

最早的點火系統(tǒng)可以追溯至19世紀末誕生的內(nèi)燃機，彼時距離電子系統(tǒng)發(fā)明還有相當遙遠的一段距離，因此汽車的發(fā)動機極度依賴于機械系統(tǒng)，通過振動線圈（又稱“斷續(xù)點火”）來產(chǎn)生初始火花，但這套系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性堪憂，其結(jié)構(gòu)在今天看來也非常簡陋。

隨著時間來到20 世紀初期，高壓磁電機點火系統(tǒng)的出現(xiàn)標志著一次技術(shù)上的重大飛躍，這一系統(tǒng)通過固定線圈與旋轉(zhuǎn)磁鐵的組合，能在更廣泛工況下產(chǎn)生可靠的高壓電脈沖。然而，隨著蓄電池在車輛中的普及，磁電機系統(tǒng)逐漸被感應(yīng)線圈系統(tǒng)取代。

例如 1886 年的奔馳專利汽車（Benz Patent-Motorwagen）和 1908 年的福特 Model T 車型都采用了全新的振動線圈點火系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用振動裝置反復中斷線圈中的電流，在每個燃燒循環(huán)中生成一系列快速火花。

而在 1912 年，Delco 推出了改進版的 Kettering 點火系統(tǒng)，該系統(tǒng)由單個點火線圈、斷電器、一個電容器和分電器組成，可將高壓電流分配至相應(yīng)的氣缸。由于其結(jié)構(gòu)相對簡單且成本較低，Kettering 系統(tǒng)在很長一段時間內(nèi)都是主流點火技術(shù)。

盡管滿足了汽車發(fā)展的需求，但這幾種點火系統(tǒng)的缺陷都非常明顯：磁電機系統(tǒng)在低轉(zhuǎn)速時火花強度不足導致啟動困難，部分車型需額外配備輔助電池，固定點火正時設(shè)計難以適應(yīng)不同轉(zhuǎn)速需求；振動線圈系統(tǒng)無法產(chǎn)生現(xiàn)代系統(tǒng)的高能精準單次火花；Kettering系統(tǒng)雖經(jīng)改良，仍存在機械斷電器易磨損、電弧燒蝕等問題，需頻繁維護，且初始火花強度弱、持續(xù)時間短。

此時，晶體管的發(fā)明讓汽車廠商們?nèi)绔@至寶，電子點火系統(tǒng)正式登上舞臺。晶體管作為電子開關(guān)控制點火線圈的電流流動，一舉解決了機械系統(tǒng)存在的諸多問題。由于晶體管的介入，斷電器僅需承受較小的觸發(fā)電流，大大延長了其使用壽命。

值得一提的是，部分先進的晶體管點火系統(tǒng)甚至完全消除了機械斷電器，改用霍爾傳感器或光學傳感器進行觸發(fā)，其工作原理是點火開關(guān)啟動后，控制模塊通過晶體管精確調(diào)控高壓電流至火花塞的時機，利用晶體管快速開關(guān)特性實現(xiàn)磁場驟變，從而產(chǎn)生更強的二次電壓。

而在上世紀80年代誕生的IGBT（絕緣柵雙極晶體管），帶動了電子點火技術(shù)的又一次飛躍發(fā)展，其結(jié)合了 MOSFET 的高輸入阻抗與雙極晶體管的低飽和電壓特性，在點火系統(tǒng)中主要作為高頻率開關(guān)，用于控制點火線圈的初級電流。

值得關(guān)注的是，隨著電子點火系統(tǒng)普及，電子控制單元（ECU）成為現(xiàn)代點火系統(tǒng)的核心大腦，它借助各種先進的傳感器，如曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、進氣壓力傳感器、水溫傳感器以及爆震傳感器等，實時、精確地監(jiān)測發(fā)動機的運行狀態(tài)。

基于這些豐富而精準的信息，ECU 能夠運用復雜的算法計算出每個氣缸在不同工況下的最佳點火提前角，并向 IGBT 驅(qū)動電路發(fā)送精確的調(diào)整信號，IGBT 開啟時，電流在點火線圈中積聚，而 IGBT 關(guān)閉時，電流的急劇變化在點火線圈的次級繞組中感應(yīng)出高壓脈沖，隨后傳輸至火花塞點燃混合氣。

這種智能化的控制方式使得點火時刻能夠根據(jù)發(fā)動機的實際需求進行動態(tài)調(diào)整，極大地提高了點火的準確性和可靠性，有效提升了發(fā)動機的動力輸出，減少了燃油消耗和尾氣排放。

從19世紀到21世紀，汽車點火系統(tǒng)歷經(jīng)機械振動線圈、磁電機、Kettering 系統(tǒng)，再到電子點火系統(tǒng)，每一代技術(shù)都在優(yōu)化性能、效率和可靠性，時至今日，IGBT點火芯片有著不可替代的作用，不僅僅是燃油車，如今遍地開花的增程式電動車（EREV）同樣需要IGBT用于控制增程器的點火線圈和噴油系統(tǒng)，以此來確保汽車發(fā)動機在需要時高效運作。

IGBT 以其快速開關(guān)、低飽和電壓和高輸入阻抗的卓越特性，在新能源迅速發(fā)展的大背景下，仍然發(fā)揮著提升燃油效率、減少排放的關(guān)鍵作用，成為眾多功率半導體廠商密切關(guān)注的焦點。

國產(chǎn)芯片的火苗

隨著新能源汽車向高端化、智能化不斷迭代，市場對點火IGBT提出了越來越苛刻的技術(shù)要求，不僅需要更高的耐壓等級、更低的導通損耗，還要求具備更強的抗沖擊能力和更優(yōu)的熱管理性能。但點火這一關(guān)鍵核心器件，仍然牢牢掌握在少數(shù)幾家海外半導體巨頭手中，形成了一種技術(shù)壟斷的態(tài)勢。

在這一高度細分且技術(shù)壁壘極高的賽道上，由安森美（onsemi）、意法半導體（ST）和羅姆（ROHM）等少數(shù)幾家龍頭企業(yè)占據(jù)主導地位，構(gòu)筑了非常強大技術(shù)壁壘。這些國際巨頭通過長期的技術(shù)積累和持續(xù)的研發(fā)投入，鎖定了點火IGBT市場中絕大部分份額，令許多后來者望而生畏。

而成立于1988年的國內(nèi)老牌半導體企業(yè)上海貝嶺，在功率器件領(lǐng)域深耕多年后，正在憑借基于全國產(chǎn)供應(yīng)鏈的自研點火 IGBT 芯片，悄然改變曾被巨頭壟斷的市場。

據(jù)研發(fā)負責人介紹，上海貝嶺在2019年初拜訪了國內(nèi)主要Tier1客戶，在華大半導體汽車電子戰(zhàn)略支持下，其于2019年底啟動首顆汽車點火IGBT產(chǎn)品開發(fā)，“作為負責人，我還記得項目啟動時的情景，如何提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性，同時還要降低能耗和提高使用結(jié)溫，都是當時貝嶺必須攻克的技術(shù)難關(guān)?！?/p>

面對這部分難題，貝嶺積極與Fab廠、封裝廠及頭部客戶建立緊密技術(shù)協(xié)作，同時戰(zhàn)略性引進先進研發(fā)設(shè)備和核心技術(shù)人才，歷經(jīng)兩年攻堅，最終在2021年底成功實現(xiàn)產(chǎn)品車規(guī)級認證和客戶量產(chǎn)導入。

據(jù)了解，在電路結(jié)構(gòu)方面，貝嶺摒棄了早期成本高、空間占用大的分立器件方案，創(chuàng)新性地采用集成方案。通過在IGBT的柵極-集電極間精心設(shè)計多晶硅二極管和電阻，不僅有效降低了生產(chǎn)成本，還顯著提升了芯片的可靠性。

負責人表示，在版圖設(shè)計方面，貝嶺工程師們將芯片巧妙地劃分為有源區(qū)、終端場環(huán)等功能區(qū)域，如同精心規(guī)劃的城市版圖。中間的有源區(qū)如同芯片的"心臟"，負責主要的功率轉(zhuǎn)換；四周的終端場環(huán)則如同堅固的"城墻"，確保芯片在高反偏壓條件下穩(wěn)定運行。每一個區(qū)域的布局都經(jīng)過精心計算，相互協(xié)同、緊密配合。

而在元胞結(jié)構(gòu)選擇上，貝嶺同樣展現(xiàn)出卓越的工藝水平。他們采用了一種類似穿通型（PT）但工作模式更接近非穿通型（NPT）的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。這種獨特的設(shè)計不僅降低了器件成本，還能有效減少高溫環(huán)境下的芯片損耗，特別適合內(nèi)燃機點火的低頻應(yīng)用工況。

當然，光是技術(shù)方面的領(lǐng)先，還不足以在IGBT點火芯片市場中站穩(wěn)腳跟，在汽車廠商最為看重的可靠性與穩(wěn)定性方面，貝嶺更是下足了功夫。

“我們的點火IGBT芯片通過了極其嚴苛的AEC-Q101-Rev-E車規(guī)級認證，可以說，整個認證過程就像是一場殘酷的技術(shù)‘鐵人三項’。”負責人一邊舉起手中的器件，一邊強調(diào)道。

從溫度循環(huán)測試到高溫高濕反向偏壓測試，從高溫工作壽命測試到機械沖擊測試，每一項都是對芯片性能的極限考驗，貝嶺的IGBT芯片需要在-40°C到+150°C的溫度跨度中經(jīng)歷數(shù)千次循環(huán)，在高溫高濕的惡劣環(huán)境中保持穩(wěn)定，在汽車行駛的顛簸路況中屹立不倒。

落在實際應(yīng)用中，貝嶺的點火IGBT芯片更是表現(xiàn)出了令人驚訝的穩(wěn)定性：在25Hz/3.5ms的測試條件下，其溫升僅為60℃左右，比同類品牌產(chǎn)品低5℃。這看似微小的溫差背后，卻蘊含著顯著的性能優(yōu)勢，低溫升意味著更低的熱損耗、更長的使用壽命，以及在復雜工況下更穩(wěn)定的點火性能。

“說實話，”技術(shù)負責人不無自豪地說，“我們的點火IGBT芯片是實實在在的‘國產(chǎn)精品”，自主研發(fā)的獨特電路設(shè)計和先進工藝，讓我們在短短幾年內(nèi)累計銷售突破數(shù)百萬顆，在國內(nèi)汽車電子市場占據(jù)了相當可觀的份額。不僅如此，我們還獲得了多項行業(yè)大獎，這背后是團隊近乎執(zhí)著的技術(shù)追求?！?/p>

他頓了頓，眼中閃爍著技術(shù)人特有的自豪光芒，"從技術(shù)角度來看，我們的芯片在可靠性和性能上已經(jīng)完全可以與國際一流水平媲美。這不僅僅是一個產(chǎn)品，更是我們對‘中國智造’的一次生動詮釋?！?/p>

值得關(guān)注的是，貝嶺并非是單槍匹馬在奮斗，在母公司華大半導體的資源整合下，得到了兄弟企業(yè)積塔半導體的工藝支持，通過發(fā)揮C-IDM體系優(yōu)勢，進一步提升了產(chǎn)品競爭力。

在高端汽車電子芯片長期被英飛凌、安森美等國際巨頭壟斷的背景下，貝嶺的突破具有里程碑式的戰(zhàn)略意義。這不僅是一次技術(shù)創(chuàng)新，更是國產(chǎn)芯片在高端市場突圍的重要一役。

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