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IGBT被譽(yù)為電力世界的鑰匙，新能源汽車的“CPU”，如今正面臨卡脖子難題，為了自主可控，無數(shù)企業(yè)在攻堅克難。
在此間，出行一客（ID：carcaijing）看到一個特別的身影——株洲中車時代半導(dǎo)體有限公司（下稱，中車時代半導(dǎo)體）。誰曾想，如今的“新四大發(fā)明”中的高鐵，也曾面臨IGBT的卡脖子困擾。當(dāng)年，中車時代半導(dǎo)體在合適的時間，選擇合適的企業(yè)，完成了收購吸收。從滿足國產(chǎn)需求，到開始向全球輸出產(chǎn)品，奪取市場份額。
如今，海外政策對半導(dǎo)體設(shè)備的限制也越來越嚴(yán)，有些手續(xù)也越來越麻煩。越來越多的關(guān)鍵設(shè)備的引入和使用受到較大影響。這對于產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)不完整的中國半導(dǎo)體企業(yè)，尤其是Fabless模式（無晶圓廠）的企業(yè)而言，無疑像懸在頭頂?shù)倪_(dá)摩克利斯之劍。
“脖子”被卡也不是一次兩次了。在中車時代半導(dǎo)體副總經(jīng)理顏驥眼里，即便挑戰(zhàn)不小，但仍顯得有些風(fēng)淡云輕，他對出行一客（ID：carcaijing）表示，在一路歷經(jīng)的坎坷中，這樣的事情遇見的多了。每次都在不同的地方卡，一直卡到現(xiàn)在，要說最艱難的是，還是十五年前從零開始的時刻……
01
IGBT是什么？
2008年，自中車時代半導(dǎo)體收購英國功率半導(dǎo)體廠商丹尼克斯（Dynex）的那一刻開始，中國高鐵IGBT芯片被國外廠商“卡脖子”的狀況，正式進(jìn)入倒計時。
什么是IGBT芯片？IGBT的中文全稱是絕緣柵雙極型晶體管，從工作原理來講，IGBT可以簡單理解為一個類似開關(guān)、轉(zhuǎn)換交流電和直流電的裝置。從應(yīng)用場景來講，作為電力電子重要大功率主流器件之一，IGBT已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家用電器、交通運輸、電力工程、可再生能源和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。尤其對于發(fā)展如日中天的新能源汽車而言，IGBT更是“CPU”一般的存在。
IGBT被譽(yù)為電力世界的鑰匙，研發(fā)和生產(chǎn)難度極高，這項技術(shù)也一直被日本、德國等發(fā)達(dá)國家所壟斷?？墒荌GBT對高鐵十分重要，直接決定了高鐵的起步制動速度、運行時速的調(diào)整和能源利用的效率高低。
沒有掌握核心技術(shù)，中國制造要使用IGBT芯片只能靠引進(jìn)。單論高鐵的需求，我國每年就需要進(jìn)口約10萬個IGBT芯片，一年進(jìn)口額為12億元。中國從西門子進(jìn)口的高鐵列車，一列就要2.5億人民幣。而中車時代半導(dǎo)體收購Dynex，交易金額只有約1672萬加元（約1.09億人民幣）。
“這是一次難得的收購機(jī)遇”，一位分析人士對出行一客（ID：carcaijing）分析稱，當(dāng)時剛上全球金融危機(jī)，打開了一個并購的窗口期；Dynex是業(yè)內(nèi)的老牌企業(yè)，雖然從量上看不是頭部，但底子特別扎實，中車可以通過收購了解相關(guān)技術(shù)發(fā)展的底層邏輯。
關(guān)于Dynex為什么選擇中車，顏驥對出行一客（ID：carcaijing）解釋：“收購Dynex是要看它愿不愿意的，它也可以賣給別的買家。其實這是單純行業(yè)金融基礎(chǔ)的一個問題，這個問題其實很真實，就是芯片一般跟電力結(jié)合才能長久的發(fā)展，否則它沒有前景和方向?！?/span>
Dynex本身具備6英寸IGBT生產(chǎn)線，收購Dynex后，中車是否要急于突破技術(shù)，是一個在內(nèi)部有爭議的問題?！安荒芸偸亲汾s別人，我們要超越。”中車時代半導(dǎo)體研究所董事長丁榮軍決定，要基于Dynex的技術(shù)，充分吸收IGBT的創(chuàng)新發(fā)展成果，升級建設(shè)8英寸IGBT生產(chǎn)線。
2014年，中車時代半導(dǎo)體自主研制的8英寸IGBT芯片成功下線，這才讓人們看到了中國在高壓IGBT的可能性，從此國產(chǎn)IGBT芯片支持的電壓范圍為650V～6500V全覆蓋。
所謂高壓的范圍大致是2500～6500V，主要用于軌道牽引（高鐵、動車組）、電網(wǎng)、大型工業(yè)裝備等，而高壓IGBT全球最大的供應(yīng)商是日本三菱電機(jī)。
中車時代半導(dǎo)體的8英寸IGBT生產(chǎn)線完備后，在價格戰(zhàn)中逐漸搶奪外國廠商市場份額。從2014年至2016年，中車時代半導(dǎo)體的大功率半導(dǎo)體的中國市場市占率從0升至60%，獲取了國內(nèi)市場大部分訂單。此后，中車時代半導(dǎo)體布局海外，在印度、馬來西亞、俄羅斯等市場均有嘗試。
02
從高鐵到汽車，中車再次入局
在高鐵建設(shè)告一段落，新能源汽車站在風(fēng)口之際，中車時代半導(dǎo)體果斷切分出子公司——時代電氣，從而更好地切入車規(guī)級IGBT市場。
顏驥在第13屆中國汽車論壇中的演講提到，到2027年，新能源汽車的滲透率將會超過50%。IGBT是新能源汽車裝置核心器件，尤其在電驅(qū)方面的技術(shù)門檻比較高。新能源汽車在130KW以上的電驅(qū)應(yīng)用逐步會成為主流，對大功率器件的需求將會比較旺盛。
顏驥表示，中車時代半導(dǎo)體以前對應(yīng)用于軌道交通以及電網(wǎng)的高壓IGBT投入較大，2017年進(jìn)入汽車領(lǐng)域后快速發(fā)展，第二條產(chǎn)線建設(shè)完全基于汽車產(chǎn)品，去年年底在這一領(lǐng)域又投資111個億，在株洲和宜興兩地全面擴(kuò)展中低壓的功率半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)。
關(guān)于這部分的產(chǎn)品開發(fā)，顏驥認(rèn)為，主要還是構(gòu)建底層的能力、平臺能力、分層分級、持續(xù)創(chuàng)新。中車目前的重心還是最基礎(chǔ)的技術(shù)，因為往后做芯片是以創(chuàng)新為主，以前都是向國外瞄準(zhǔn)，但現(xiàn)在更多是要實現(xiàn)突破。
在出行一客（ID：carcaijing）的訪談中，顏驥補(bǔ)充道：“我們原來是研究所，所以技術(shù)創(chuàng)新的想法一直存在，底層技術(shù)是要自己做的。可以這樣講，今天是汽車的軌道，而軌道交通這一塊的傳統(tǒng)技術(shù)，我們是可以實現(xiàn)的?！?/span>
近年來，第三代半導(dǎo)體材料碳化硅（SiC）成為冉冉升起的新星。SiC能夠有效提高系統(tǒng)效率、降低能耗、減小系統(tǒng)裝置體積與重量、提高系統(tǒng)可靠性，可使高速列車電力轉(zhuǎn)換損耗降低30%至50%。缺點則在于成本較高，同等級別的SiCMOSFET芯片，其成本是硅基IGBT的8-12倍。
顏驥介紹，中車已經(jīng)推出了M、L和S系列產(chǎn)品，覆蓋30千瓦到360千瓦的功率等級。S系列的模塊是標(biāo)準(zhǔn)的封裝結(jié)構(gòu)，能夠匹配目前主流市場的需求。L的模塊就是平面轉(zhuǎn)模，比較適用于大功率段，并且可以兼容碳化硅和硅基IGBT。碳化硅面向了未來新能源汽車的發(fā)展需求，中車在株洲的基地，之后的重點就是碳化硅的芯片建設(shè)。
03
提高國產(chǎn)率：完善產(chǎn)業(yè)鏈
盡管中車的IGBT技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，但我國半導(dǎo)體原材料仍然會被國外“卡脖子”。顏驥在演講中提到，目前大部分原材料還是集中在日本、歐洲、美國等西方國家。特別是一些關(guān)鍵的原材料，像高阻的硅單晶、高性能的光刻膠以及高純的靶材等，還有封裝需要的鋁碳化硅基板、氮化鋁襯板、氮化硅襯板，硅凝膠、焊片等等。
此外，國外的一些政策對半導(dǎo)體設(shè)備的限制也越來越嚴(yán)，有些手續(xù)也越來越麻煩。光刻機(jī)、離子注入、封裝方面鍵合機(jī)、測試設(shè)備等部分都受到比較大的影響。這對于產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)不完整的中國半導(dǎo)體企業(yè)，尤其是Fabless模式（無晶圓廠）的企業(yè)而言，無疑像懸在頭頂?shù)倪_(dá)摩克利斯之劍。
“脖子”被卡也不是一次兩次了。顏驥對出行一客（ID：carcaijing）表示：“我們一路歷經(jīng)的坎坷中，這樣的事情遇見的多了。每次都在不同的地方卡，一直卡到現(xiàn)在，但也比不過最初那個時候?！?/span>
在新冠疫情時期，如斯達(dá)半導(dǎo)這樣的Fabless模式企業(yè)，由于產(chǎn)業(yè)鏈不完整風(fēng)險較大，失去了理想、小鵬等眾多客戶，而這些客戶投入了中車的懷抱。顏驥介紹，中車是IDM模式（有晶圓廠），芯片和模塊作為中游產(chǎn)業(yè)可以有效帶動上游的原材料和下游設(shè)備廠商的發(fā)展，并且中車愿意跟友商一起協(xié)同資源，通過技術(shù)創(chuàng)新來促進(jìn)上下游的應(yīng)用推廣，也希望有更多的機(jī)會支持國產(chǎn)化的芯片。
中車現(xiàn)在目前已經(jīng)形成了基礎(chǔ)材料、功率芯片、傳感芯片、汽車三電系統(tǒng)以及新能源整車的完整布局，希望能夠推動產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同發(fā)展，快速提升國產(chǎn)化的比率。
在協(xié)同行業(yè)資源上，2014年，中車牽頭成立了功率半導(dǎo)體這方面的聯(lián)盟，聯(lián)盟覆蓋了半導(dǎo)體的專用材料、設(shè)備、芯片、器件模塊、裝置以及系統(tǒng)應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈單位。2018年，中車成立了湖南省功率半導(dǎo)體創(chuàng)新中心，類似于“公司+聯(lián)盟”方式運營模式，囊括材料、工藝、應(yīng)用等功率半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈。
顏驥呼吁，要加強(qiáng)汽車功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)，為打好汽車芯片為代表的“產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化攻堅戰(zhàn)”，以行業(yè)協(xié)會、學(xué)會做樞紐，協(xié)同汽車行業(yè)上下游企業(yè)重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈前端比較薄弱環(huán)節(jié)，打造完整的產(chǎn)業(yè)鏈，培育產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展以支撐自主技術(shù)的創(chuàng)新迭代，構(gòu)建協(xié)同發(fā)展的汽車功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈。
