在廣爲流傳的中國新四大發明裏中國高鐵一直都備受國內外一致的讚賞,這些年,中國高鐵已經從引進來實現了走出去的步伐,不僅僅在國內大部分城市建設高鐵,還承包了很多國外的高鐵項目。收穫了不少了經濟效益和好評,成爲了一張獨特的中國金色名片。

但你知道嗎?事實上,在2013年以前中國引以爲傲的高鐵卻談不上是自主製造。原因就是因爲我國一直都沒有突破一個關鍵部件的研究,以至於被日本長期壟斷了60年的時間,而這個關鍵部件,就是IGBT芯片。

什麼是IGBT芯片呢

它其實就是一個控制電壓驅動功率的半導體器件。學名叫做絕緣柵雙極性晶體管,這是一種用於電動車、鐵路機車、動車組的交流電電動機輸出的控制芯片。如今還延伸到工業用電和變頻家電等行業,舉一個簡單的例子,它就好比如管理宿舍供電的舍管大媽,什麼時候該給電 什麼時候該拉閘,它都能夠幫你控制,甚至具體需要多少電有沒有超標用電,也都能夠一一監控。它的體積其實並不大,甚至還不如一個1元硬幣,但裏頭卻鑲嵌了幾十億個晶體管,複雜的路線。使它能夠直接控制直流電和交流電的轉換,決定驅動系統的扭矩以及最大輸出功率的控制。

在高鐵上,最直觀的體現就是初始的加速度,如果沒有IGBT的控制,高鐵整車很難實現順利的起步行駛,以及後續控制最高時速的多少。毫無疑問,這是高鐵最核心的芯片技術直接關係到中國高鐵的發展。

而在過去的60年中,中國IGBT芯片的技術就一直都被國外企業壟斷掌握。中國高鐵使用的高速機車IGBT芯片幾乎都來自三菱。而電動車使用的IGBT芯片,也被德國英飛凌掌握,如此核心的部件被別人掌握,自然讓我們的科技發展始終受盡掣肘。

以2018年的數據爲例,中國市場所消耗的IGBT模塊就接近9800多萬個,但國產模塊能夠供應的卻只有1000多個,差距十分明顯。因此很多中國企業,尤其是電動車企業都不得不耗費大量資金。購買這個成本極高的國外芯片,發展始終處處受制於人。

那麼這麼核心的部件,中國沒有投入研發嗎?是有的!早在2007年的時候中國就投入了大量人力物力,對這個領域開始攻關。但幾年下來成果都並不明顯,主要是因爲這個元件的生產工藝極高,需要防震防塵的製造環境。需要研究人員對半導體、材料學 基礎物理和化學等學科擁有極高的造詣。需要有精密的機械能夠執行200多道微密工序,這麼苛刻的要求,整個世界有能力生產IGBT的國家也才一手之數,因此中國的進展始終不如人意。

但也不是沒有好消息,2009年比亞迪率先打破了壟斷,推出了電動車領域的比亞迪IGBT。實現了突破行業壁壘的難題,但在高速機車領域,日本三菱如今已經達到6代IGBT的超強性能,中國始終沒辦法打破它的封鎖。

一個被他國掌握的核心技術,怎麼想都知道這不是一個好事。但致力於研究一個從未涉足的領域,並想從零發展到世界頂尖的難度實在太大。而這其實並不可恥,反而應該客觀認識。起步晚,發展不如別人就是現實。因此,比起完全自主的研發有一個方法會更加得當和快速,那就是收購。

收購和合並在行業競爭中其實特別常見。一次偶然的機會,英國丹尼克斯半導體因爲資金困難陷入了經營困境,這是全球研發IGBT最早的老牌企業。在該領域的技術和設備上都十分突出,看到這個機會,中車株洲立馬派人進行了洽談。並且成功收購了丹尼克斯半導體。此後,中車株洲就在這裏設立後來海外研發中心。在該公司原有的技術上進行更深層次的研究和研發新一代的IGBT芯片。經過幾年努力,中國最終掌握了IGBT30多項的核心工藝,並開始在2012年中,正式推出了國產3300伏的IGBT芯片。

該芯片生產之後立即引起高度重視。全國各地的專家都對此進行相關測評和解析並開始着力進行改正修改,經過6年時間的死磕研究改造。最終,中國纔在2018年實現攻克IGBT芯片問題。如今,中車株洲的IGBT芯片已經能夠年產50萬個。雖然和整體9800萬的缺口還有非常大的距離,但隨着技術的熟練掌握,產量也能夠逐漸提高,滿足中國市場的要求。同時,它帶來的作用已經開始顯現,就比如復興號上面的上千個IGBT模塊,就是由中車株洲提供,性能並不比日本三菱6代的IGBT差。

還是那句話中國起步晚、底子薄的事實必須客觀認識,購買別人的技術並開始自主研發並不丟人。世界上多數國家都是這麼做的,包括日本,也包括美國。歷史也一直告訴我們一個道理,成王敗寇,拳頭大的纔是大哥。就拿劉邦和朱元璋來說,沒人會管他們從前一個是二流子,一個是乞丐出身,只會記得兩人都是開朝皇帝,兩個足以名留青史的帝王。

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