中車自主化IGBT芯片破除國外壟斷 商業(yè)規(guī)模過百億

每經(jīng)編輯 每經(jīng)記者 李卓    

每經(jīng)記者 李卓

“中國制造”再添新砝碼。今日（10月22日），隸屬中國中車（601766，SH）的永濟(jì)新時(shí)速電機(jī)電器有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱永濟(jì)電機(jī)）發(fā)布具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的6500V/200A高壓大功率IGBT模塊。

在軌道交通領(lǐng)域，高壓大功率IGBT模塊在電傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，被稱為大功率交流機(jī)車運(yùn)行的“心臟”。

2014年起，雖然自主化牽引傳動(dòng)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)陸續(xù)投入使用，但所有機(jī)車車輛用6500V IGBT芯片仍然依賴從國外進(jìn)口。

中國科學(xué)院院士、中國中車首席技術(shù)顧問鄒世昌在接受包括《每日經(jīng)濟(jì)新聞》在內(nèi)的媒體采訪時(shí)表示，這次“中國芯”的研發(fā)成功，意味著完全替代了國外同類產(chǎn)品在我國地鐵和鐵路機(jī)車變流器中的“核芯”位置。不僅打破國外壟斷，降低了我國軌道交通、風(fēng)力發(fā)電等產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，更加有利于推動(dòng)中國高鐵和大功率機(jī)車核心技術(shù)完全自主，提升中國裝備制造業(yè)“走出去”的競(jìng)爭(zhēng)力。

國內(nèi)每年花數(shù)億進(jìn)口IGBT產(chǎn)品

在高壓大功率IGBT芯片方面，由于對(duì)IGBT芯片可靠性要求非常高，此前，我國還沒有一個(gè)廠家能夠?qū)崿F(xiàn)6500V IGBT芯片本土產(chǎn)業(yè)化，為此，國內(nèi)企業(yè)每年需花費(fèi)數(shù)億元從國外采購IGBT產(chǎn)品。

“國外采購周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)月甚至一年以上，嚴(yán)重制約了我國軌道交通裝備的自主創(chuàng)新和民族品牌創(chuàng)立，大大降低了國內(nèi)動(dòng)車、機(jī)車裝備在國際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。”永濟(jì)電機(jī)人士告訴《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者。

不僅如此，高壓大功率6500V/200A IGBT模塊作為中國鐵路機(jī)車輔助逆變器的核心部件，在交貨周期和采購價(jià)格上也完全受制于國外公司，使我國電力電子裝備產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵器件供貨存在潛在風(fēng)險(xiǎn)。

《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者了解到，每個(gè)6500/200A IGBT模塊由8個(gè)指甲大小的“芯片”封裝而成。但就是這個(gè)比人的巴掌略大的IGBT模塊，卻是高鐵列車和大功率機(jī)車中最神奇和關(guān)鍵的部件之一，直接影響著高鐵列車是否能夠瞬間起跑、能否舒適飛馳、能否穩(wěn)定停車。

“不同功率等級(jí)的電力設(shè)備，需要采用IGBT芯片及其封裝而成的IGBT模塊進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換和控制。比如在高鐵列車上，電網(wǎng)2.5萬伏的高壓交流電經(jīng)過降壓、整流、逆變等方式轉(zhuǎn)換成三相交流電，從而驅(qū)動(dòng)列車奔跑。”永濟(jì)電機(jī)技術(shù)人員介紹說。

這次發(fā)布的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高壓大功率6500V/200A IGBT模塊，技術(shù)上采用焊接形式，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)IGBT芯片多片和FRD芯片并聯(lián)，完成“中國芯”6500V/200A IGBT的一體化模塊式封裝設(shè)計(jì)，替代了國外同類產(chǎn)品在地鐵和鐵路機(jī)車變流器中使用。據(jù)介紹，目前，該IGBT模塊已先后完成了功率單元、輔助變流柜及機(jī)車裝車三個(gè)階段試驗(yàn)。其中，機(jī)車裝車上線運(yùn)行試驗(yàn)超過5萬公里。

提升中國高端裝備競(jìng)爭(zhēng)砝碼

為市場(chǎng)關(guān)注的是，經(jīng)專家組評(píng)論形成的鑒定結(jié)果，這次發(fā)布的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的6500V/200A高壓大功率IGBT模塊已經(jīng)達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用水平。

鄒世昌告訴《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者，IGBT尤其是耐高電壓高電流的IGBT，堪稱“半導(dǎo)體領(lǐng)域的珠穆朗瑪峰”。這項(xiàng)技術(shù)過去研發(fā)的難點(diǎn)主要是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)差，所以從研發(fā)到完全實(shí)現(xiàn)自主化費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，一共花了8年時(shí)間。下一步，就要擴(kuò)大產(chǎn)量，盡早實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的商業(yè)化。

近年來，隨著全球綠色節(jié)能經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的深入發(fā)展，中國已成為IGBT模塊最大消費(fèi)國，年增長(zhǎng)規(guī)模保持在20%。特別是國家提出“中國制造2025”發(fā)展規(guī)劃之后，工業(yè)智能化和綠色化發(fā)展成為主題，對(duì)智能控制芯片和IGBT等功率半導(dǎo)體有了更多需求。今年“兩會(huì)”期間，有人大代表特別提出“我國應(yīng)加快IGBT”的建議。

而軌道交通行業(yè)對(duì)IGBT需求潛力更加巨大。永濟(jì)電機(jī)技術(shù)人員告訴《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者，高速動(dòng)車組、大功率電力機(jī)車上，大功率IGBT模塊都是必備的要件；包括蓬勃發(fā)展的城際列車、城軌列車市場(chǎng)對(duì)IGBT也有著巨量的需求。此外，在風(fēng)電、船舶等需要高壓IGBT支撐的行業(yè)同樣如此。

鄒世昌對(duì)《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者估計(jì)，此前國內(nèi)每年進(jìn)口IGBT所花費(fèi)的數(shù)額就高達(dá)100億~200億元，國際主要生產(chǎn)商包括日本三菱、東芝和德國西門子等。自主化以后，國內(nèi)企業(yè)購買成本相比進(jìn)口將有大大節(jié)省。

業(yè)內(nèi)人士進(jìn)一步評(píng)價(jià)認(rèn)為，以IGBT為代表的核心部件自主化，商業(yè)前景不止于核心部件本身；未來，因?yàn)槟茉趪H上徹底改變技術(shù)受制于人的境地，在以高鐵、船舶、航空航天、核電、風(fēng)電等為代表的中國高端裝備走出去過程中，提升競(jìng)爭(zhēng)砝碼，從而產(chǎn)生更大的商業(yè)效應(yīng)。