摘取“皇冠上的明珠”

　　——南车株洲所IGBT技术研发及产业化纪实

　　通讯员 熊友波 刘亚鹏 本报记者 冒蕞 杨柳青

　　2013年12月27日，株洲田心。一场特别的项目鉴定会正在进行。

　　来自中国科学院、中国工程院的四位院士及10余位国内知名专家齐聚中国南车株洲电力机车研究所有限公司(以下简称南车株洲所)，仔细审视一块指甲大小的银白色芯片，发出啧啧赞叹。

　　这块看似不起眼的芯片，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。专家们一致认为：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。

　　IGBT，中文名为“绝缘栅双极型晶体管”。对大多数人来说，这是一个陌生名词。但就是这小小一块器件，却是许多大型变流装备如高速动车组、巨型船舶、新能源装备等的核心器件，被誉为现代变流技术的CPU。其技术门槛之高，被业内公认为现代变流工业“皇冠上的明珠”。

　　近10年来，摘取这颗“皇冠上的明珠”始终是国内轨道交通装备制造企业孜孜以求的目标。“十一五”以来，南车株洲所依托在大功率电力电子器件领域多年积淀的成果，汇集最优质的资源，历经艰辛，矢志不渝，终于率先成功摘取了这颗“明珠” 。

　　使命，攻克国家难题的担当

　　IGBT为什么这么重要?

　　IGBT应用领域广泛，堪称现代功率变流装置的“心脏”和绿色高端产业的“核芯”。从传统的电力、机械、矿冶，到轨道交通、航空航天、新能源装备以及特种装备等战略性新兴产业，都有它的身影。一块IGBT模块尽管只有巴掌大小，却是驾驭一台庞大机车的“命脉”。

　　然而，早些年，我国所有机车车辆用的IGBT模块全部依赖国外进口，国内企业每年需花费数十亿元从国外采购IGBT产品，采购周期长达数月甚至一年以上。

　　IGBT技术为什么这么难?

　　以7200千瓦大功率交流电力机车用IGBT为例，一块IGBT模块内共有36块指甲大小的芯片，每块芯片并联摆放5万个被称作“元胞”的电子单元，它们能够在百万分之一秒内实现电流快速转化。要在指甲大小的芯片上均匀加工处理5万个细如发丝的“元胞”，并能够承受大电流、高电压的工作环境，无异于“针尖上绣花”。

　　早在2007年，国家相关部委就将IGBT器件技术作为重大专项课题，集中进行研发，但由于基础落后、人才匮乏，进展缓慢。IGBT技术的落后，使得我国一些关键产业发展一度受制于人。

　　IGBT需求量有多大?

　　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50亿元，且每年以15%以上的速度增长。

　　面对使命的召唤、现实的尴尬、市场的需求，南车株洲所毅然启动对IGBT这一国家技术难题的自主攻关，打响一场“攻坚战”。

　　破题，基于产业链提升的并购

　　承袭50多年的深厚积淀，南车株洲所已成为我国轨道交通牵引电传动系统集成技术及产业领军者，占据国内自主品牌近70%的市场份额。例如，2004年至2006年，南车株洲所先后成功研制5英寸系列普通晶闸管和整流管，自主研发4000安/4500伏IGCT器件，使我国成为世界上第三个掌握该项技术的国家，成功研制世界上第一只6英寸晶闸管，使我国80万伏以上的超高压直流输电成为现实。这些都为南车株洲所突破IGBT这一高端技术奠定了坚实基础。

　　高层的关注和期望则为南车株洲所攻克国家难题注入了强大动力。2009年6月，时任国务院总理温家宝在视察中国南车株洲所时，殷切寄语，一定要抓住轨道交通大发展的大好机遇，上规模、上水平，勇克IGBT等国家技术难题，早日达到世界领先水平!

　　“作为国有大型骨干企业，我们要主动承担重任，整合国内外资源和力量，早日摘取这颗‘皇冠上的明珠’!”中国工程院院士、公司执行董事、总经理丁荣军掷地有声。

　　“十一五”初期，南车株洲所在国内率先启动“高压IGBT元件研制”项目。然而，想在短短几年内，完全依靠自身力量，独立自主研发掌握核心技术并推动IGBT技术产业化难度极大。南车株洲所智慧地选择了一条“捷径”——实施“收购-整合-创新”战略，通过全球性战略布局，吸纳国际优势研发资源，对IGBT技术进行自主攻关。

　　2008年10月31日，南车株洲所下属株洲南车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。

　　丹尼克斯半导体公司是世界知名的半导体公司，也是全球最早开发IGBT技术的厂家。通过收购，南车株洲所具备了大功率高压晶闸管、IGCT和IGBT等半导体产品的完整产品结构。

　　“采用资本运作的手段，改变了我国IGBT技术及产业长期受制于人的局面。”行业专家、投资者给出高度评价。

　　蝶变，快速嫁接的几何级效应

　　在实施跨国产业并购后，如何发挥双方优势，有步骤地实施技术嫁接，创建中国自主的IGBT民族品牌，是摆在南车株洲所面前的一项战略重任。

　　2012年，南车株洲所率先在国内研制出3300伏高压IGBT芯片，从芯片到模块，全部自主研制。它的成功研制，宣告了中国人在3300伏高压等级的IGBT芯片研发领域有了一席之地。

　　随后，南车株洲所又向目前世界最高电压等级的6500伏IGBT发起冲击，相继成功开发多款更高功率密度IGBT模块。通过在国内外轨道交通领域严格的试验装车考核，实现批量应用推广，完成了公司在IGBT技术从第三代SPT到第四代SPT+的技术跨越。

　　在IGBT产业化方面，南车株洲所同样收获了累累硕果。

　　2009年，南车株洲所建成国内第一条工艺能力完整的IGBT模块封装线，年产能超过6万只IGBT模块。

　　2011年，南车株洲所在株洲投入15亿元，建设国内第一条8英寸的IGBT芯片生产基地，年生产12万片8英寸IGBT芯片和100万只IGBT模块，目前已试运行。南车株洲所在国内150多辆城市轨道车辆、大功率交流传动电力机车上对国产IGBT模块实现装车运营，通过上百万公里的严格考核，其表现与同功率等级国外产品处于同等水平。

　　如今，南车株洲所实现了IGBT芯片与模块电压范围从1200V到6500V的覆盖，年产值超过20亿元，成为国内技术最先进、型谱最完备、应用业绩最多的功率半导体研制企业。