我国第一条8英寸IGBT芯片在中国南车正式投产

经济网讯（记者 曹昌 李永华）“我国IGBT芯片产业能够获得如此重大突破，是我国高端装备制造业的重大成就，完全超出我的预计”，在我国第一条8英寸IGBT芯片生产线投产现场，中国工程院院士李立浧兴奋地表示。

日前，国内首条8英寸IGBT芯片生产线在中国南车株洲研究所正式下线投产，这也是世界上第二条8英寸IGBT芯片生产线。业内认为，这将打破国外公司在高端IGBT芯片技术上垄断，对于保障国民经济安全、推动两型社会建设具有重大战略意义。

据了解，电子技术领域分为电力电子技术与微电子技术两个分支，IGBT则是电力电子器件中技术最为先进，应用最为广泛的第三代器件，与微电子技术中的芯片（通常所说的CPU）相似，IGBT芯片具有同等战略地位。前者主要应用于信息电子产业，比如电脑、通信设备；后者是大功率电力驱动设备的核心部件，比如船舶、高压电网以及轨道交通车辆等。如果说CPU是信息电子产业领域的“中枢神经系统”，IGBT则是电力电子行业中的“心脏”和“大脑”，控制并提供大功率的电力设备电能大小，有效提升设备的能源利用效率、自动化和智能化改造水平。

中国工程院院士丁荣军介绍，IGBT技术的研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志,包括芯片、封装、模块、封装、检测和应用等多项技术，其中芯片技术含量最高。以8英寸IGBT芯片为例，上面布满128块小芯片，每块小芯片只有指甲盖大小，厚度仅为人体两根头发丝，但其内部包含了7万个以上称之为“原胞”的晶体管，要想在如此“狭窄”的硅片上设计出高达数万个并联排列的原胞，而且保证能够承受高达数千伏大电压，任何一个原胞的失效，将导致整个芯片的报废，进而导致整个电力设备失效，可见其设计技术难度之高。

中国南车株洲所研究院副院长刘可安介绍，8英寸IGBT芯片的生产工艺也难度很大。中国南车株洲所一条芯片生产线工序最高可达到 220道，生产周期至少两个月。在恒温恒湿的环境下，核心生产区域内每立方英尺空气中直径超过0.35微米的尘埃粒子数不能超过10个。如此极度净化条件下，才能满足业内规定芯片高达30年的使用寿命，可以说，任何一个工序稍有不慎都会影响芯片的可靠性。

从应用的角度来说，由IGBT芯片组成的IGBT器件、模块、组件以及系统装置有着极强的应用范围，小到我们日常所见的变频空调、变频冰箱、吸尘器，大到轨道交通车辆、职能电网、航空航天、船舶驱动、新能源装备、新能源汽车等高端产业，可以说，凡是有电的地方，都可以看到它IGBT的身影，特别是在涉及国家经济安全、国防安全战略性产业领域，高功率等级的IGBT尤为关键，在某种程度上，该技术成为衡量一个国家的技术水平和制造能力重要指标之一，成为国家掌握核心技术，不受制于人的“大国重器”。

与此同时，IGBT强大的功能决定它也是节能减排产业中不可或缺的关键技术。初步估算，如果将IGBT等电力电子技术应用到全国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20个三峡电站的年发电量。

另一方面，随着国民经济的快速发展，我国对IGBT等先进电力电子产品的需求量日益增大、应用领域不断扩张。初步估计，每年的市场需求达到2000亿人民币左右，而且每年的增长率超过16%。行业数据显示，我国已成为全球最大的电力电子器件消费市场，仅IGBT产品在轨道交通的市场需求规模已超过100亿元，专家预计，随着国家产业结构调整，战略性新兴产业的发展，作为这些产业“能源心脏”的IGBT产品，未来十年将保持25%以上的复合增长速度。

更重要的是，IGBT作为电力电子技术的最先进器件，其对电力装置的产业拉动作用为1:5，而电力装置对电力整套应用系统的拉动作用为1:10。从全产业链来看，IGBT对各大应用领域的拉动作用为1:50，产品链价值高达5000亿元。而且，它还涉及到电子材料（比如硅片）、电工材料、陶瓷结构件、散热器等相关配套产业，具有极强的产业拉动作用。

我国政府始终高度重视IGBT等电力电子器件的技术研发和产业化。为了解决功率半导体国产化的瓶颈，早在1996年，当时的国家计委就把发展IGBT芯片及模块产业化作为重点项目，近年来更频频出台政策支持IGBT国产化项目，国家“863”项目、国家重大科技专项等一批“国字号”科研项目纷纷将IGBT技术的研制与产业化列为重大课题。

但由于IGBT芯片技术含量极高，制造难度非常大，加上行业基础薄弱、资源分散等原因，与国际先进企业相比，我国在先进IGBT芯片技术及模块封装技术的研制上相差甚远，国产IGBT芯片每年产值不足1亿人民币，在IGBT芯片及及其相关产品上99%以上依赖进口，国内在芯片、封装、装置、系统还没有形成独立、完整、健全的技术体系和产业体系，特别是在高功率等级（电压等级在1200伏以上）IGBT技术及产业化能力上，与国外厂商仍存在较大差距，全球IGBT技术依然主要掌握在德国英飞凌、瑞士ABB、日本三菱等企业手中。

中国南车作为我国最早开展电力电子器件研制与应用的企业之一，早在1964年，公司就利用硅整流器代替传统的水银整流管，应用到“韶山”电力机车上，开启了中国轨道交通装备的电力电子时代。经过50年的不懈努力，公司以晶闸管为代表的传统电力电子器件的技术相当成熟，曾开发出世界上第一只面积最大、容量最大的6英寸晶闸管，广泛应用于国内西电东输的特高压直流电项目，打破了此前跨国公司该领域的垄断。

为了在最为先进的IGBT领域尽快追赶世界一流步伐，早在上个世纪90年代中国南车就开始该项技术的理论研究，培养了一批高技术人才，在IGBT产品应用技术积累丰富的经验，。2008年，公司成功并购英国丹尼克斯半导体公司，以“资金”换“时间”，实现公司在IGBT领域的第一次跨越； 2009年底，公司在株洲建成国内首条高压IGBT封装线，首次实现高压大功率IGBT模块的国产化。

截止目前，中国南车IGBT模块已应用到轨道交通、新能源汽车等领域，年销售规模近6万只；之后的2010年，公司吸纳全球研发资源，在英国成立中国企业在电力电子领域首个海外研发中心，开展高等级IGBT芯片应用技术、基础材料技术的研发；2012年5月，公司又在株洲投资15亿元，建设国内第一条8英寸IGBT芯片生产线，通过资本运作和自主创新相结合的方式，中国南车迅速掌握了IGBT芯片设计及封装成套关键技术与工艺，通过成为国内唯一自主掌握集IGBT芯片、模块、组件、应用全套技术的企业。

伴随着中国南车IGBT技术及国产化的进程，我国在电力电子器件领域受制于人的局面由此改变，以机车变流器用IGBT模块为例，一台大功率的9600千瓦的交流传动机车，需要采用128个IGBT模块，2008年前，该产品市场价格高企不下；2008年，南车株洲所并购并整合英国丹尼克斯公司，获取IGBT相关技术后，该产品价格下降了30%；而当南车株洲所实现产能后，该产品价格则仅为最初价格的50%左右了。仅此一项，中国南车为国家节约进口成本超过20亿美元。

丁荣军告诉记者，为了掌握实现“IGBT”国产化之梦，中国南车集合了上百位专家，积聚20多年之功，累计投入超过30亿元，在IGBT芯片设计、封装测试、可靠性试验、系统应用上攻克了30多项重大难题，终于掌握了该器件的成套技术，建立了完整的IGBT规模化、专业化生产工艺体系，成功研制出从3300伏到6500V高功率密度IGBT芯片及模块，初步形成了IGBT器件技术的完整产品型谱。

此次8英寸IGBT芯片生产线全面建成投产，首期将实现年产12万片8英寸IGBT芯片，配套生产100万只IGBT模块，年产值30亿元，未来将有望实现对进口IGBT的全面替代，每年可为国家节约外汇数十亿美元。

丁荣军表示，今后，中国南车将以IGBT关键技术为基础，继续强化芯片—模块—功率单元直至系统应用的完整产业链，持续推动IGBT技术在新材料、新工艺方面的创新，力争成为世界电力电子行业的世界前三强。