数控扣压机(高铁核心芯片仅日本掌握，垄断近50年，中车株洲花费6年研制成功)

t中国的高铁可以说是全世界最为先进的，9月24日，发改委发布数据称中国高铁突破3万公里 ，居世界第一。2011年，京沪高铁开通运营，这是当时世界上一次建成线路里程最长的高铁。尽管我们不是最早研发高铁，但是我们凭借着后发优势，成功领跑世界。

中国高铁先进到什么程度呢？ 在时速350公里的复兴号车厢内能竖硬币不倒。中国高速铁路线路如何做到高平顺性，概括来讲要做好五个字：稳、顺、平、检、修。正是这五个字让中国高铁的平顺性达到了世界领先水平。

中国高铁也一直在向全国产化的目标迈进， 路基、桥梁、隧道、钢轨、线路……这其中涉及到的环节、工艺、技术方方面面，甚至是轨道上的一个扣件，我们都想要实现自主研发，自主设计、自主制造。

比如高铁的扣件系统，扣件系统是联接钢轨与轨枕或轨道板的部件，主要承担扣压钢轨、提供轨道弹性和绝缘等多项功能，影响着轨道平顺性。十几年前，中国铁科院首席研究员肖俊恒团队 为了赶上第一批中国高铁全球范围内的扣件招标，争分夺秒，花费了巨大的精力，终于研发出了国产扣件系统，如今，中国已经成为国际ISO扣件标准起草国之一，技术居于世界先进行列。

而中国铁科院首席研究员赵红卫团队则负责解决了列车网络控制系统。

丁叁叁团队则解决了高铁重量机械阻力问题，他们当时在武广线做车体交会实验时，进出隧道时都发觉到车体微微晃动。测算发现速度在350公里时，一面墙上的吸力有近20吨，相当于十几辆小汽车压在上面。这让他们大吃一惊，花费了整整一年解决这个问题。

丁叁叁团队

而从事铁路勘察设计工作已经30多年的中国铁路设计集团有限公司副总工程师李树德和他一批同事们将激光雷达测绘技术和遥感技术大规模用于测量勘察，并自主研发设计软件，大力发展信息技术、三维协同设计技术，将我国铁路勘察设计技术已经达到国际先进水平。

正是因为有了他们， 中国高铁才能喜提多个世界之最：世界上运营列车试验速度最高的高铁，世界上第一条穿越高寒季节性冻土地区的高铁，世界上运营里程最长、跨越温带亚热带、多种地形地质和众多水系的高铁，世界上第一条热带环岛高铁……

而随着中国高铁技术的不断精进，高铁中最为核心的IGBT芯片却还没有攻破， IGBT叫绝缘栅 双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管 )和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件 , 是能源变换与传输的核心器件，高压高功率密度的IGBT应用领域从传统的电力、机械、矿冶到4C产业再到轨道交通、智能电网、航空航天、新能源装备以及特种装备等战略性新兴产业都有广泛应用，现代功率变流装置的“心脏”和绿色高端产业的“核芯”。

IGBT芯片可以说是高铁列车和大功率机车中最核心的部件之一，，IGBT 直接控制直、交流电的转换，决定了驱动系统的扭矩，以及最大输出功率。简单来说，你这车加速能力怎样，最高时速多少，能源效率如何、能否瞬间起跑、能否舒适飞驰、能否稳定停车全看它。

IGBT 大约占电机驱动系统成本的一半 ，占到整车成本的5% ，是整部电动车成本第二高的元件(成本第一高的是电池)。毫不夸张地说，所以它也被誉为被誉为“皇冠上的明珠”的现代机车车辆技术。

IGBT芯片采用相比目前最先进的12寸芯片流片线稍差的8寸线流片即可，这个指的是晶圆，晶圆是越大越好，产出的芯片就越来越多，一片晶圆从8英寸放大到12英寸，直径增加50%，单位面积上可产出的芯片数量则增加100%，技术能级翻番，规模效应显著。

但因为IGBT芯片工作的特殊环境，对芯片设计也提出了额外的要求，相比之下台积电虽然实现了最先进制程芯片的流片，也拥有世界上最庞大的12寸流片代工线，但在IGBT芯片设计和流片方面却是门外汉，每个IGBT的制造需要通过200多道工序，涉及机械、半导体、材料、化工等多门复杂学科，目前能在国际上制造大功率IGBT芯片的国家屈指可数。

只有德国和日本等从60年代就开始研制高铁的老牌高铁国家才能实现设计流片到量产。

中国高铁在内的高速机车用 IGBT，几乎被日本三菱垄断，1968年，为了日本高铁建设的需要，日本三菱提出了IGBT的概念，到2009年已经推出了第六代IGBT产品，被广泛用于数控机 床 、 机器人、轨道交通、变频家电、新能源和电动汽车等领域，为市场提供更高可靠性、更优性价比的产品。可以说日本三菱垄断IGBT行业近50年。

高铁核心芯片需要从国外进口，对于我国高铁事业的发展造成了很大的阻碍，仅以2008年开始为计算，随着高铁建设的加快，需求倍增，一个8列的动车组就需要152个芯片，成本高达200万元。每年中国需要10万只芯片，总金额高达12亿元。

而且在国际产品销售市场中，中国并非优先级，我们买的价格贵，像刚才提到的一个模块就高达1万多元，而且只能买成品，产品交货周期很长。

2007年，国家相关部委将IGBT器件技术作为我国重大专项课题，投入巨资，集中研发，但进展缓慢。

而中车株洲公司就负责了IGBT芯片的研发，中车株洲创建于1936年，是国内唯一的电力机车整车出口企业。1958年，中车株洲从零起步开始了电力机车电气系统的研究、设计、制造工作，生产出中国第一台干线电力机车-韶山1型。

2007年金融危机，让中车株洲找到了突破的机会，英国老牌企业丹尼克斯半导体公司因为金融危机陷入困境。它是世界最早进行IGBT技术研发的厂家，该公司有一条4英寸生产线，因缺少资金和应用平台，发展较为缓慢，比较落后。

趁着金融危机，中车株洲将丹尼克斯半导体公司进行收购，在英国成立功率半导体研发中心，成为中国轨道交通装备制造企业首个海外研发中心，在购买的知识产权基础上集中开发新一代IGBT芯片技术、新一代高功率密度IGBT模块技术和下一代碳化硅功率器件技术等前沿基础技术。

GBT器件技术分为芯片、模块封装及应用测试三大块。芯片技术是其中最为关键的技术。

要知道，一块巴掌大小的IGBT模块内共有36块指甲大小的芯片，每块芯片并联摆放5万个被称作为“元胞”的电子单元。这些“元胞”相当于IGBT的“细胞”，它们能够在百万分之一秒的时间内实现电流的快速转化。而要在指甲大小的芯片上均匀加工处理5万个细如发丝的“元胞”，难度无异于在“针尖上绣花”。

中车株洲为了克服这些难题，可以说花费了巨大的精力，在IBGT芯片设计、封装测试、可靠性试验、系统应用上攻克了30多项难题，才掌握该器件的成套技术。经过了长达2年的研发，2012年12月21日，湖南省科技厅组织来自中国工程院、中国科学院、清华大学、同济大学等单位的院士、专家，在长沙对中车株洲自主研制的3300V轨道交通用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）芯片进行了技术鉴定。专家组一致通过了对该产品的技术鉴定，

2013年，中车株洲还成功自主研制了第一款国内最大电压等级、最高功率密度的6500伏高压IGBT芯片，该产品具有耐压高、电流大，功率损耗低、动态性能好等优点，总体技术处于国际领先水平、填补国内行业空白，实现了中国在高端IGBT技术领域与国际先进水平接轨，具有重大战略意义。可以说，从2007年接手IGBT芯片研发任务，中车株洲仅仅花费了6年的时间就打破了日本三菱电机的垄断，实现了高铁IGBT芯片的自给自足。

产自中车株洲所的IGBT产品

“复兴号”的心脏——由中车株洲所提供的牵引变流器，由1152个IGBT芯片组成，如今像我们的CRH5G技术提升型动车组是具有完全自主知识产权的耐高寒抗防风沙动车组，整车9项关键技术及10项配套技术全部国产化，国产化率达到90%以上。

除了高铁之外，中车株洲的IGBT芯片还用于智能电网、航空航天等领域。

目前，中车株洲所投资14亿元建设了国内第一条8英寸的IGBT芯片生产基地，智能线的生产时间缩短70%。成为国内唯一一家全面掌握IGBT芯片技术研发、模块封装测试和系统应用的企业，其技术可与世界顶尖的公司媲美，而价格却远远低于竞争对手。

中车株洲目前也在做汽车的IGBT芯片，和高铁的并不同，IGBT在电动汽车中的应用工况也非常复杂，高温高湿高振动对IGBT是一个比较大的考验，装配体积包括成本的要求都非常地严格，同时寿命要求也比较高。所以中车株洲在研发上也有很多的难度。

之前比亚迪在汽车IGBT芯片已经突破国外垄断，应用于秦、唐等车型上，应用量已经达到六位数。在中车株洲和比亚迪的双重努力下，汽车领域的IGBT芯片一定可以取得更大进展。

2015年，我国自主研发的高功率IGBT芯片首次走出国门，出口印度，主要用于印度目前的主力电力货运重载机车WAG-9机车的改造升级项目上。虽然中车株洲的技术可与世界顶尖的公司媲美，而价格却远远低于竞争对手，可以说是“白菜价”了。

2019年，中车株洲表示自己如今汽车级IGBT产品是采用第六代沟槽栅芯片，对标国外最先进的技术指标。现在已经建成年产50万只IGBT模块产品生产线，有750V，有1200V的。满足了乘用车、商用车的动力平台的需求。

也希望中车株洲可以再接再厉，研发出更具有创新力的产品。