今日中国


中国南车株洲所:用心打造中国“芯”


2014-08-06 14:54:36     作者: 朱辉跃 王南    字号: T|T    来源:

2014年6月20日,是一个不平凡的日子。

这一天,具有自主知识产权的国内首条、亦是全球第二条8英寸IGBT(中文全名为“绝缘栅双极型晶体管”)芯片线在株洲全面建成投入运行,首期预计实现年产12万片8英寸IGBT芯片,并配套生产100万只IGBT模块的能力。

 
中国南车株洲所大楼

这意味着,在高端IGBT系列技术上,真正有了中国“芯”。它的投产,对于保障国民经济安全、实现关键技术不受制于人具有重大战略意义,而该芯片的制造者,南车株洲电力机车研究所有限公司(以下简称中国南车株洲所)也因此成为世界上少数几家掌握IGBT成套技术及产业化能力的企业之一。

牵一发而动全身的芯片

IGBT是当今功率半导体器件技术最为复杂、应用最为广泛的器件,其作用和地位相当于计算机中的“CPU”,被誉为功率半导体技术中“皇冠上的明珠”,摘取这一明珠的过程折射出中国企业高端装备关键技术自主创新的艰辛历程。

在中国南车株洲所的8英寸IGBT研制现场,记者看到,在一块光碟大小的硅片上,整齐排列着128个指甲大小的芯片,这就是具有世界领先水平的8英寸IGBT芯片。

 
中国南车株洲所IGBT生产基地外景

据该公司IGBT事业部总经理刘国友介绍,就是这样一块指甲大小,厚度仅为两根头发丝的芯片里,布满了超过5万个密密麻麻的称之“元胞”电路,它灵敏的控制着最高超过6500伏的大电压和超过1200安培的大电流,实现对电能有效转换和控制,为各种电力设备提供不同功率等级的电能。

“IGBT设计复杂,工艺复杂,任何一个电路的设计都是在微米级中完成,其难度无异于针尖上立麦芒。”刘国友介绍说。

从功能上来说,这种“能够在1秒钟完成100万次电流的关断和开启动作,实现电能快速转化”的芯片,确有着广泛的应用领域,在轨道交通、新能源、石油冶炼、船舶驱动、航空航天等战略性产业装备上无处不在,就连我们普通的家用变频空调、吸尘器,也可以看到它的身影,可以说,谁掌握了IGBT器件及应用技术,谁就掌握了功率半导体器件市场的话语权。

目前,中国已成为世界上IGBT产品最大的消费市场,以高速动车组、大功率机车、新能源装备、电网为龙头的国内变频产业每年IGBT需求量超过100亿元以上,且每年以15%以上的速度增长,随着国家产业结构转型和升级,以及战略性新兴产业的发展,IGBT的应用空间十分可观。

中国工程院院士、中国南车株洲所总经理丁荣军表示,初步估算,如果将IGBT等电力电子技术应用到中国20%的电机中,可以使其电能使用效率提高15%—30%,每年可节约用电2000亿千瓦时,相当于两个三峡电站的年发电量。

然而,一个尴尬的事实困扰着人们,由于底子薄弱,基础研发水平落后,中国在IGBT技术特别是其中关键的芯片技术上长期处于落后水平,以轨道交通为例,早些年中国几乎所有的机车车辆的IGBT模块都依赖进口,特别是在高等级的IGBT器件上,更没有中国企业的一席之地,即使作为中国牵引电传动技术的领军企业,中国南车株洲所也依然每年花费数亿元从国外采购IGBT产品。

使命的召唤、市场的需求,设计中国人自己的IGBT,成为包括中国南车株洲所在内的民族企业的夙愿。

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