近日,两列“复兴号”从京沪两地同时对开首发。这是中国标准动车组的正式亮相。中国标准少不了“中国芯”——大功率IGBT(绝缘栅双极型晶体管)技术。正是它悄然把控着机车的自动控制和功率变换。这项被誉为“皇冠上的明珠”的现代机车车辆技术,被德国、日本等国把控了30年。如今,由中车株洲电力机车研究所有限公司(简称“中车株洲所”)研发突破,实现了自主国产化。
国家难题
高速和重载是现代机车车辆装备发展的两个重要方向,两者的关键都在于给机车提供一个强大而持续发力的“心脏”——牵引电传动系统。而牵引电传动系统里,一块巴掌大小的IGBT模块,成为“命脉”。
过去,我国机车车辆用IGBT模块都要从德国、日本进口,特别是在高等级的IGBT器件上,更没有中国人的一席之地。2008年,随着高铁建设的加快,需求倍增,一个8列的动车组就需要152个芯片,成本高达200万元。每年中国需要10万只芯片,总金额高达12亿元。
IGBT器件技术分为芯片、模块封装及应用测试三大块。芯片技术是其中最为关键的技术。2007年,国家相关部委将IGBT器件技术作为我国重大专项课题,投入巨资,集中研发,但进展缓慢。
并购突围
2007年年末,席卷全球的金融危机为中车株洲所带来了机遇。成立于1956年的英国老牌企业丹尼克斯半导体公司因为金融危机陷入困境。它是世界最早进行IGBT技术研发的厂家,该公司有一条4英寸生产线,因缺少资金和应用平台,发展较为缓慢。2008年10月31日,中国中车株洲所下属的时代电气股份有限公司成功收购英国丹尼克斯半导体公司75%的股权,成为中国轨道交通装备企业首个海外并购项目。
2010年5月,中车株洲所在英国成立功率半导体研发中心,成为中国轨道交通装备制造企业首个海外研发中心,集中开发新一代IGBT芯片技术、新一代高功率密度IGBT模块技术和下一代碳化硅功率器件技术等前沿基础技术。中车株洲所投入巨资,为丹尼克斯建成了多年梦寐以求的6英寸IGBT芯片生产线。随后,更多国内技术人员来到英国,新开发出多个1700伏以上高等级IGBT模块。合作顺利的双方携手进行下一代高功率IGBT芯片技术研究、生产。
高端技术
2013年12月27日,来自中国科学院、中国工程院的4位院士及10余位国内知名专家齐聚中车株洲所。一块指甲大小的银白色芯片,引发阵阵惊叹。
这是中国企业自主研制的第一款国内最大电压等级、最高功率密度的6500伏高压IGBT芯片。该成果总体技术处于国际领先水平、填补国内行业空白,实现了中国在高端IGBT技术领域与国际先进水平接轨,具有重大战略意义。
目前,中车株洲所投资14亿元建设了国内第一条8英寸的IGBT芯片生产基地,成为国内唯一一家全面掌握IGBT芯片技术研发、模块封装测试和系统应用的企业,其技术可与世界顶尖的公司媲美,而价格却远远低于竞争对手。
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行业分析师表示,IGBT芯片从前期研发到产业化,都有国家战略在引导。目前能在国际上制造大功率IGBT芯片的国家屈指可数。中车株洲所与中国科学院微电子技术研究所共同开展以碳化硅为基础材料的新型IGBT技术研发,并且成功研制出芯片样品,构建了封装模型。这意味着中国半导体产业又前进了一大步。
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