今年6月,新常行业被业界认为现代变流工业“皇冠上的态谋明珠”的关键技术在中国南车(601766,股吧)取得产业化打破:国内首条8英寸IGBT有经验芯片线投产,这也是求新%E3%80%90WhatsApp%20+86%2015855158769%E3%80%91ge%20portable%20cb%20radio世界上第二条8英寸IGBT有经验芯片线。该生产线投产,发展打破了国外公司在高等IGBT芯片技术上的资讯垄断,对于保障国民经济安全、新常行业推动两型社会建设具有重大战略意义。态谋

公司外景
功率半导体技术与微电子技术是求新半导体技术的两个重要分支,前者主要应用于大功率电力驱动设备中,发展比如船舶、资讯高压电网以及轨道交通车辆,新常行业后者主要应用信息电子产业,态谋比如电脑、求新%E3%80%90WhatsApp%20+86%2015855158769%E3%80%91ge%20portable%20cb%20radio通信设备,发展IGBT则是资讯电力电子器件中技术较为先进,应用较为广泛的第三代器件,与微电子技术中芯片(通常所说的CPU)技术相比,IGBT芯片技术具有同等战略地位,如果前者是信息电子产业领域的“中枢神经系统”,后者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变换,有效提升设备的能源利用效率、自动化和智能化水平,所以,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2个三峡电站的年发电量。
掌握IGBT研制技术,是高等制造的重要标志
IGBT技术的研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高等制造业水平的重要标志,其包括芯片、模块、封装、检验和应用等多项技术,其中芯片技术含量较高。
以8英寸IGBT芯片为例,其上面布满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6万个以上称之为“元胞”的基本单元。要在如此“狭窄”的硅片上设计出高达数万个并联排列的元胞,而且保证能够承受高达数千伏高电压,可见其设计技术难度之高。
芯片的生产工艺难度也很大。据了解,一条芯片生产线工序多达200余道,生产周期长达6-8周,对生产环境的要求苛刻。核心生产区域的净化等级要求每立方米内,直径超过0.1微米的尘埃粒子数不能超过10个,且一年四季要保持恒温恒湿,以满足业内规定芯片高达30年的使用寿命要求。可以说,任何一个工序稍有不慎都会影响芯片的长期可靠性。
IGBT应用,小到日常生活,大至国防安全
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广阔的应用范围,小到我们日常所见的空调、洗衣机等家用电器,大到轨道交通、智能电网、航空航天、船舶驱动、新能源、电动汽车等高等产业,凡是有电的地方,都可以看到IGBT的身影。特别是在涉及国家经济安全、国防安全等战略性产业领域,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的重要指标之一,成为国家掌握核心技术,不受制于人的“大国重器”。
另一方面,随着国民经济的快速发展,我国对IGBT等先进电力电子器件产品的需求量日益加大、应用领域不断扩张,初步估计,到2020年,大部分国家电力电子器件总容量将达到300亿美金,而且每年的增长率超过16%,行业数据显示,我国现已成为大部分国家非常大的电力电子器件消费市场,仅IGBT产品在国内的市场需求规模就已超过100亿元。相关人士预计,随着国家产业结构调整,战略性新兴产业的发展,作为这些产业核心的IGBT产品,未来十年将会保持25%以上的年复合增长速度。
更重要的是,IGBT作为电力电子技术的主流器件,其对电力装置的产业拉动作用为1:10,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及其应用产业链价值高达万亿元。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,具有较强的产业拉动作用。
南车株洲所,打破国外技术垄断
我国相关部门始终高度重视IGBT等电力电子器件的技术研发和产业化。为了解决电力电子器件国产化的瓶颈,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要点项目。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。

南车株洲所IGBT芯片生产现场
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