被日本垄断60年的高铁核心芯片,中国是怎么攻克的?

在广为流传的中国新四大发明里中国高铁一直都备受国内外一致的赞赏,这些年,中国高铁已经从引进来实现了走出去的步伐,不仅仅在国内大部分城市建设高铁,还承包了很多国外的高铁项目。收获了不少了经济效益和好评,成为了一张独特的中国金色名片。但在智能制造展看来,在2013年以前中国引以为傲的高铁却谈不上是自主制造。原因就是因为我国一直都没有突破一个关键部件的研究,以至于被日本长期垄断了60年的时间,而这个关键部件,就是IGBT芯片。

什么是IGBT芯片呢?

它其实就是一个控制电压驱动功率的半导体器件。学名叫做栅双极性晶体管,这是一种用于电动车、铁路机车、动车组的交流电电动机输出的控制芯片。如今还延伸到工业用电和变频家电等行业,举一个简单的例子,它就好比如管理宿舍供电的舍管大妈,什么时候该给电 什么时候该拉闸,它都能够帮你控制,甚至具体需要多少电有没有超标用电,也都能够一一监控。它的体积其实并不大,甚至还不如一个1元硬币,但里头却镶嵌了几十亿个晶体管,复杂的路线。使它能够直接控制直流电和交流电的转换,决定驱动系统的扭矩以及大输出功率的控制。

在高铁上,直观的体现就是初始的加速度,如果没有IGBT的控制,高铁整车很难实现顺利的起步行驶,以及后续控制高时速的多少。毫无疑问,这是高铁核心的芯片技术直接关系到中国高铁的发展。

而在过去的60年中,中国IGBT芯片的技术就一直都被国外企业垄断掌握。中国高铁使用的高速机车IGBT芯片几乎都来自三菱。而电动车使用的IGBT芯片,也被德国英飞凌掌握,如此核心的部件被别人掌握,自然让我们的科技发展始终受尽掣肘。

智能制造展以2018年的数据为例,中国市场所消耗的IGBT模块就接近9800多万个,但国产模块能够供应的却只有1000多个,差距十分明显。因此很多中国企业,尤其是电动车企业都不得不耗费大量资金。购买这个成本高的国外芯片,发展始终处处受制于人。

那么这么核心的部件,中国没有投入研发吗?是有的!早在2007年的时候中国就投入了大量人力物力,对这个领域开始攻关。但几年下来成果都并不明显,主要是因为这个元件的生产工艺高,需要防震防尘的制造环境。需要研究人员对半导体、材料学、基础物理和化学等学科拥有高的造诣。需要有精密的机械能够执行200多道微密工序,这么苛刻的要求,整个世界有能力生产IGBT的国家也才一手之数,因此中国的进展始终不如人意。

但也不是没有好消息,2009年比亚迪率先打破了垄断,推出了电动车领域的比亚迪IGBT。实现了突破行业壁垒的难题,但在高速机车领域,日本三菱如今已经达到6代IGBT的超强性能,中国始终没办法打破它的封锁。

一个被他国掌握的核心技术,怎么想都知道这不是一个好事。但致力于研究一个从未涉足的领域,并想从零发展到世界顶尖的难度实在太大。而这其实并不可耻,反而应该客观认识。起步晚,发展不如别人就是现实。因此,比起完全自主的研发有一个方法会更加得当和快速,那就是收购。

收购和合并在行业竞争中其实特别常见。一次偶然的机会,英国丹尼克斯半导体因为资金困难陷入了经营困境,这是全球研发IGBT早的老牌企业。在该领域的技术和设备上都十分突出,看到这个机会,中车株洲立马派人进行了洽谈。并且成功收购了丹尼克斯半导体。此后,中车株洲就在这里设立后来海外研发中心。在该公司原有的技术上进行更深层次的研究和研发新一代的IGBT芯片。经过几年努力,中国掌握了IGBT30多项的核心工艺,并开始在2012年中,正式推出了国产3300伏的IGBT芯片。

该芯片生产之后立即引起高度重视。全国各地的专家都对此进行相关测评和解析并开始着力进行改正修改,经过6年时间的死磕研究改造。中国才在2018年实现攻克IGBT芯片问题。如今,中车株洲的IGBT芯片已经能够年产50万个。虽然和整体9800万的缺口还有非常大的距离,但随着技术的熟练掌握,产量也能够逐渐提高,满足中国市场的要求。同时,它带来的作用已经开始显现,就比如复兴号上面的上千个IGBT模块,就是由中车株洲提供,性能并不比日本三菱6代的IGBT差。

智能制造展看来,中国起步晚、底子薄的事实必须客观认识,购买别人的技术并开始自主研发并不丢人。世界上多数国家都是这么做的,包括日本,也包括美国。历史也一直告诉我们一个道理,成王败寇,拳头大的才是大哥。就拿刘邦和朱元璋来说,没人会管他们从前一个是二流子,一个是乞丐出身,只会记得两人都是开朝皇帝,两个足以名留青史的帝王。

 

来源:鼎鼎说历史