2011年5月25日，一個平常的日子。

這一天，在工業重鎮株洲田心，卻孕育著一場影響深遠的產業 變革: 南車株洲所大功率半導體IGBT產業化基地在這里奠基。

3年過去了，曾經荒蕪的土地上矗立起一個具有國際先進水平的研發、生產基地。2014年6月，中國首條8英寸IGBT專業生產線在此建成并即將投產。

這意味著，在世界大功率半導 體高等級的芯片領域，首次有了中國人自主研制的芯片，它的成功投產，標志著我國功率半導體器件開始建立從芯片到模塊、再到系統的完整功率半導體產業鏈。

指甲大的芯片有多神奇?

近5000平方米的高標準廠房內，配套一流的空氣凈化系統、溫濕度控制系統、純水處理系統……6月中旬，走進南車株洲所IGBT產業化基地，眾多現代化的設施感覺這不是生產車間，更像是高標準實驗室。

一塊光碟大小的硅片上，整齊排列著128個指甲大小的芯片，這就是具有世界領先水平的IGBT芯 片。

IGBT，這種新型功率半導體器 件，對大多數人來說，還是一個陌生的名詞,她的中文全名為“絕緣柵雙極型晶體管”。南車株洲所IGBT事業部總經理劉國友向記者解釋，不同功率等級的IGBT芯片有不同的尺寸大小，一般來說，功率等級越高，芯片的尺寸就會越大。以8英寸IGBT芯片來說，它在一個直徑為20厘米的圓薄片上，排列有 128個芯片,每個芯片的大小大約3 平方厘米，相當于一個成人拇指指甲的大小。

這小小的東西有什么特殊?隔著厚厚的玻璃，看著硅片上閃閃發亮的芯片，感覺不出它的神奇。

“別看這東西樣子不大，但內部結構很復雜!”劉國友，這位在英國呆了6年專業研究IGBT芯片的專家比劃著告訴記者，從結構上來講，在這樣一個指甲大小、兩根頭 發絲厚的小小芯片里面，并聯擺放著6萬個被稱作“元胞”的基本單元，只有在高倍顯微鏡下，才可以一睹芯片內的“廬山真面目”;從功能上來說，這種芯片，能夠在1秒鐘完成一百萬次開關動作，實現電流快速轉化。

通俗地說，通過IGBT芯片的作用，可以對復雜、敏感的電壓或電流實現靈活控制。如果我們把無形的“電”視為有形的水，電流即水流、電壓即水壓。人們可以通過控制閘門的開啟和關閉，達到改變水的流向和大小的目的;同樣，IGBT在電力裝置中就像一道閘門，通過它可以控制流經各種電力設備中的電能，使電能利用更加合理、高效。

IGBT應用有多廣?

IGBT的作用這么大，現實中有哪些應用?

IGBT是電機控制和功率變換的首選器件,按特定需求封裝好的IGBT模塊，應用領域廣泛。劉國友如數家珍地告訴記者，從傳統的電力、機械、礦冶，到軌道交通、航空航天、新能源裝備以及特種裝備等戰略性新興產業，都有它的身影。裝備越高端，IGBT裝置的作用更凸顯。

以高鐵應用為例，IGBT裝置可以說是列車運行的“心臟”。高鐵運行中，要在短時間將時速從零提升到300公里以上，反之，也需要在極短的時間內將正在高速運行的列車平穩停下來。這看似簡單的加速、減速過程，相關傳動設備、牽引變流器以及其他電動設備，要在短暫的時間內完成一系列復雜的高難度動作，這需要確保各種設備所需的電流、電壓極為精準、可靠，在目前技術條件下，只有大功率的IGBT才能滿足這一苛刻要求。在減速過程中，通過IGBT的作用，還可 以將列車減速產生的能量轉為電能，回饋給電網。

在智能電網發展中，同樣需要IGBT裝置大顯身手。電網運行一個重要的前提是安全，但電力來源比較復雜，除了常規的水電、火電 外，風電、太陽能光伏發電以及個性化、分布式能源，越來越多的并入電網。正因為電力來源的多樣 化，給電網安全、平穩運行帶來嚴峻挑戰。特別是時有時無、時高時低的風電，對電網安全運行的考驗最為突出。要將這些來源復雜、大小不均的“粗電”，轉化為均勻、平 穩、安全的“精電”，需要IGBT這種半導體裝置發揮調節功能，且 IGBT裝置的功率越大，其能承受的 電壓區間就越廣，調控能力就越強，電網安全性能就越高。

國防工業領域，同樣需要高等級的IGBT裝置。劉國友告訴記者， 國防裝備的特種供電電源、電力驅 動、推進、控制等，如艦船推進系統、坦克動力系統等，均需要 IGBT裝置才能滿足其特殊應用需要。在快中子堆、磁約束核聚變等 前沿科學研究以及激光、航空航天、航母等前沿技術中，以IGBT為 核心器件的超大功率、高性能變流 器及其控制系統是必不可少的。

除了這些“高大上”的裝備，日常生活中，IGBT也不可少。比如說，我們使用的變頻空調，就是利用IGBT裝置對電能進行優化控制， 使空調能更加智能、人性化地運行，還可節省30%左右的電能。冰 箱、洗衣機、電磁爐、電動汽車等設備中，同樣有IGBT的用武之地。

IGBT研發有多難?

IGBT作用大，應用廣泛，但這一技術長期被極少數經濟發達國家所壟斷。早些年，我國所有機車車 輛用的IGBT模塊全部依賴國外進口。每年，高鐵、城軌、風電等產業，需要從國外采購數十億美元的 IGBT產品，采購周期長達數月甚至一年以上。“有些領域，國外根本就不賣”。

早在2006年，國家相關部委就將IGBT器件技術作為重大專項課題，集中進行研發，但由于基礎落后、人才匱乏，進展緩慢。IGBT技 術的落后，使得我國一些關鍵產業 發展一度受制于人。

南車株洲所總經理、中國工程 院院士丁榮軍告訴記者，IGBT是知識和技術密集型產品，要研發、制 造出性能優越且具有高可靠性的IGBT，要突破諸多設計、工藝等難點。

IGBT芯片中的“元胞”，其大小僅頭發絲十分之一大小，要將6萬個這樣的“元胞”，高度均勻地安置在一個指甲大小的芯片上，“元 胞”的均勻度，決定芯片功效的高低，“這遠勝于在頭發絲上雕花， 其難度可想而知”。

IGBT芯片的制造，是一個物理作用與化學作用完美結合的過程。 前后共有200多道大大小小的工藝步驟，每個工藝步驟必須精準到位，每項技術火候都必須拿捏得當。否則，“失之毫厘，謬以千 里”，一個細小環節的差異，就可能導致整批芯片的報廢。

目前，中國已成為世界上 IGBT產品最大的消費市場，以高速動車組、大功率機車、新能源裝備、電網為龍頭的國內變頻產業每 年IGBT需求量超過100億元，且每 年以15%以上的速度增長。

面對使命的召喚、現實的尷尬、市場的需求，憑借企業50多年大功率半導體器件研制的歷史積淀，南車株洲所毅然啟動對IGBT這一國家技術難題的自主攻關，打響一場“攻堅戰”。

研發出中國的IGBT有多重要?

“十一五”初期，南車株洲所在國內率先啟動“高壓IGBT元件研制”項目。然而，想在短短幾年內，完全依靠自身力量，獨立自主 研發掌握核心技術并推動IGBT技術產業化難度極大。南車株洲所智慧 地選擇了一條“捷徑”——實施“收購-整合-創新”戰略，通過全球性戰略布局，吸納國際優勢研發資源，對IGBT技術進行自主攻關。

2008年10月31日，南車株洲所下屬株洲南車時代電氣股份有限 公司成功收購英國丹尼克斯半導體公司75%的股權，為中國南車實現IGBT技術的突破打開了一扇窗。

丹尼克斯半導體公司是世界知名的半導體公司，也是全球最早開發IGBT技術的廠家。被并購時，該公司擁4英寸IGBT芯片設計、制 造、模塊封裝的完整全套技術。 “采用資本運作的手段，改變了我國IGBT技術及產業長期受制于人的 局面。”行業專家、投資者給出高度評價。

為使丹尼克斯半導體公司已有的4英寸IGBT生產線生產出的產品適應中國軌道交通的應用，株洲所在此基礎上自主研發并組建了新的 6英寸IGBT生產線。

高層的關注和期望則為南車株洲所攻克國家難題注入了強大動 力。2009年6月，時任國務院總理溫家寶在視察中國南車株洲所時， 殷切寄語，一定要抓住軌道交通大發展的大好機遇，上規模、上水 平，勇克IGBT等國家技術難題，早日達到世界領先水平!

省委書記、省人大常委會主任 徐守盛、省長杜家毫等省領導，也 對IGBT研發和產業化項目給予高度關注和大力支持。

為了更好地吸納全球，特別是歐洲頂尖技術和人才資源，加速 IGBT技術及產業化進 程，2010年，公司在英國組建起功率半導體器件海外研發中心。

2012年，南車株洲所率先在國內研制出3300伏高壓IGBT芯片， 從芯片到模塊，全部自主研制。它的成功研制，宣告了中國人在3300伏高壓等級的IGBT芯片研發領域有了一席之地。

更具市場意義的是，國際市場對中國的IGBT芯片價格應聲下 跌：3300伏的IGBT芯片，其價格幾乎“腰斬”。

隨后，4500伏、6500伏等更高電壓等級的IGBT芯片相繼在南車株洲所研發成功，滿足了軌道交通、智能電網等高端應用領域的需 要，并且實現IGBT制造技術從6英寸到8英寸的跨越。

IGBT產業前景有多大?

產品研發的活力在市場。為了 把擁有自主知識產權的IGBT產品盡快推向市場，南車株洲所啟動大規 模產業化項目。

在攻克30多項關鍵核心技術后，南車株洲所擁有了從芯片設 計、封裝測試、可靠性試驗、系統應用等全流程、完整的技術和工藝體系，具備了大規模產業化條件。 成為國內目前唯一一家全面掌握IGBT芯片技術研發、模塊封裝測試和系統應用的企業。

新投產的IGBT產業化基地，具備年產12萬片8英寸IGBT芯片和 100萬只IGBT模塊的能力，年產值有望超過20億元，其產業規模和技術實力均達到國際領先水平。

據介紹，南車株洲所在現有8 英寸IGBT專業芯片生產線基礎上，還同時建設IGBT模塊生產線。產品電壓等級從650伏到6500伏，可滿足軌道交通以及電動汽車、風力發電、太陽能發電、智能電網、高壓 變頻、工業傳動等多個行業需求， 致力打造我國首個完全依靠自主能力建設、產能規模最大、技術實力 最強、產品型號最全的大功率 IGBT產業化基地。

產業還將繼續拓展。南車株洲所與中國科學院微電子研究所聯合，組建新型電力電子器件研發中心，開展以碳化硅為基礎材料的新型電力電子器件技術與產業化的研究。目前，中心已成功研制出樣品，并組合封裝成混合型IGBT模 塊。該公司還將與國內其他單位及 相關科研院所一道，開展“碳化硅電力電子器件集成制造技術研發與 產業化”、“6英寸碳化硅單晶材料研發與產業化及其在大功率IGBT等 器件中的應用”研究。

為放大產業規模效應，南車株洲所正在牽頭策劃成立中國IGBT技 術創新與產業聯盟，謀劃整合國內 IGBT產業從材料到應用的上下游優勢資源，推動中國IGBT產業發展。

中國IGBT產業航母，將在湖南揚帆起航!

相關鏈接：國際IGBT技術及產業現狀

IGBT技術要求高，掌握該技術的企業為數不多，產品的市場份額較為集中。目前，全球IGBT市場主 要為日本和歐美企業占據，中國國內的IGBT需求主要依靠進口或合資生產企業解決。

據有關統計，國際前4名的企業在IGBT市場合計占有超過75%的 份額，其中日本三菱電氣市場份額超過30%(在家電領域占有度高)， 德國英飛凌市場份額超過20%(在 工控領域占有度高)。