这一天，在工业重镇株洲田心，却孕育着一场影响深远的产业 变革: 南车株洲所大功率半导体IGBT产业化基地在这里奠基。
3年过去了，曾经荒芜的土地上矗立起一个具有国际先进水平的研发、生产基地。2014年6月，中国首条8英寸IGBT专业生产线在此建成并即将投产。
这意味着，在世界大功率半导 体高等级的芯片领域，首次有了中国人自主研制的芯片，它的成功投产，标志着我国功率半导体器件开始建立从芯片到模块、再到系统的完整功率半导体产业链。
指甲大的芯片有多神奇?
近5000平方米的高标准厂房内，配套一流的空气净化系统、温湿度控制系统、纯水处理系统……6月中旬，走进南车株洲所IGBT产业化基地，众多现代化的设施感觉这不是生产车间，更像是高标准实验室。
一块光碟大小的硅片上，整齐排列着128个指甲大小的芯片，这就是具有世界领先水平的IGBT芯 片。
IGBT，这种新型功率半导体器 件，对大多数人来说，还是一个陌生的名词,她的中文全名为“绝缘栅双极型晶体管”。南车株洲所IGBT事业部总经理刘国友向记者解释，不同功率等级的IGBT芯片有不同的尺寸大小，一般来说，功率等级越高，芯片的尺寸就会越大。以8英寸IGBT芯片来说，它在一个直径为20厘米的圆薄片上，排列有 128个芯片,每个芯片的大小大约3 平方厘米，相当于一个成人拇指指甲的大小。
这小小的东西有什么特殊?隔着厚厚的玻璃，看着硅片上闪闪发亮的芯片，感觉不出它的神奇。
“别看这东西样子不大，但内部结构很复杂!”刘国友，这位在英国呆了6年专业研究IGBT芯片的专家比划着告诉记者，从结构上来讲，在这样一个指甲大小、两根头 发丝厚的小小芯片里面，并联摆放着6万个被称作“元胞”的基本单元，只有在高倍显微镜下，才可以一睹芯片内的“庐山真面目”;从功能上来说，这种芯片，能够在1秒钟完成一百万次开关动作，实现电流快速转化。
通俗地说，通过IGBT芯片的作用，可以对复杂、敏感的电压或电流实现灵活控制。如果我们把无形的“电”视为有形的水，电流即水流、电压即水压。人们可以通过控制闸门的开启和关闭，达到改变水的流向和大小的目的;同样，IGBT在电力装置中就像一道闸门，通过它可以控制流经各种电力设备中的电能，使电能利用更加合理、高效。
IGBT应用有多广?
IGBT的作用这么大，现实中有哪些应用?
IGBT是电机控制和功率变换的首选器件,按特定需求封装好的IGBT模块，应用领域广泛。刘国友如数家珍地告诉记者，从传统的电力、机械、矿冶，到轨道交通、航空航天、新能源装备以及特种装备等战略性新兴产业，都有它的身影。装备越高端，IGBT装置的作用更凸显。
以高铁应用为例，IGBT装置可以说是列车运行的“心脏”。高铁运行中，要在短时间将时速从零提升到300公里以上，反之，也需要在极短的时间内将正在高速运行的列车平稳停下来。这看似简单的加速、减速过程，相关传动设备、牵引变流器以及其他电动设备，要在短暂的时间内完成一系列复杂的高难度动作，这需要确保各种设备所需的电流、电压极为精准、可靠，在目前技术条件下，只有大功率的IGBT才能满足这一苛刻要求。在减速过程中，通过IGBT的作用，还可 以将列车减速产生的能量转为电能，回馈给电网。
在智能电网发展中，同样需要IGBT装置大显身手。电网运行一个重要的前提是安全，但电力来源比较复杂，除了常规的水电、火电 外，风电、太阳能光伏发电以及个性化、分布式能源，越来越多的并入电网。正因为电力来源的多样 化，给电网安全、平稳运行带来严峻挑战。特别是时有时无、时高时低的风电，对电网安全运行的考验最为突出。要将这些来源复杂、大小不均的“粗电”，转化为均匀、平 稳、安全的“精电”，需要IGBT这种半导体装置发挥调节功能，且 IGBT装置的功率越大，其能承受的 电压区间就越广，调控能力就越强，电网安全性能就越高。
国防工业领域，同样需要高等级的IGBT装置。刘国友告诉记者， 国防装备的特种供电电源、电力驱 动、推进、控制等，如舰船推进系统、坦克动力系统等，均需要 IGBT装置才能满足其特殊应用需要。在快中子堆、磁约束核聚变等 前沿科学研究以及激光、航空航天、航母等前沿技术中，以IGBT为 核心器件的超大功率、高性能变流 器及其控制系统是必不可少的。
除了这些“高大上”的装备，日常生活中，IGBT也不可少。比如说，我们使用的变频空调，就是利用IGBT装置对电能进行优化控制， 使空调能更加智能、人性化地运行，还可节省30%左右的电能。冰 箱、洗衣机、电磁炉、电动汽车等设备中，同样有IGBT的用武之地。
IGBT研发有多难?
IGBT作用大，应用广泛，但这一技术长期被极少数经济发达国家所垄断。早些年，我国所有机车车 辆用的IGBT模块全部依赖国外进口。每年，高铁、城轨、风电等产业，需要从国外采购数十亿美元的 IGBT产品，采购周期长达数月甚至一年以上。“有些领域，国外根本就不卖”。
早在2006年，国家相关部委就将IGBT器件技术作为重大专项课题，集中进行研发，但由于基础落后、人才匮乏，进展缓慢。IGBT技 术的落后，使得我国一些关键产业 发展一度受制于人。
南车株洲所总经理、中国工程 院院士丁荣军告诉记者，IGBT是知识和技术密集型产品，要研发、制 造出性能优越且具有高可靠性的IGBT，要突破诸多设计、工艺等难点。
IGBT芯片中的“元胞”，其大小仅头发丝十分之一大小，要将6万个这样的“元胞”，高度均匀地安置在一个指甲大小的芯片上，“元 胞”的均匀度，决定芯片功效的高低，“这远胜于在头发丝上雕花， 其难度可想而知”。
IGBT芯片的制造，是一个物理作用与化学作用完美结合的过程。 前后共有200多道大大小小的工艺步骤，每个工艺步骤必须精准到位，每项技术火候都必须拿捏得当。否则，“失之毫厘，谬以千 里”，一个细小环节的差异，就可能导致整批芯片的报废。
目前，中国已成为世界上 IGBT产品最大的消费市场，以高速动车组、大功率机车、新能源装备、电网为龙头的国内变频产业每 年IGBT需求量超过100亿元，且每 年以15%以上的速度增长。
面对使命的召唤、现实的尴尬、市场的需求，凭借企业50多年大功率半导体器件研制的历史积淀，南车株洲所毅然启动对IGBT这一国家技术难题的自主攻关，打响一场“攻坚战”。
研发出中国的IGBT有多重要?
“十一五”初期，南车株洲所在国内率先启动“高压IGBT元件研制”项目。然而，想在短短几年内，完全依靠自身力量，独立自主 研发掌握核心技术并推动IGBT技术产业化难度极大。南车株洲所智慧 地选择了一条“捷径”——实施“收购-整合-创新”战略，通过全球性战略布局，吸纳国际优势研发资源，对IGBT技术进行自主攻关。
2008年10月31日，南车株洲所下属株洲南车时代电气股份有限 公司成功收购英国丹尼克斯半导体公司75%的股权，为中国南车实现IGBT技术的突破打开了一扇窗。
丹尼克斯半导体公司是世界知名的半导体公司，也是全球最早开发IGBT技术的厂家。被并购时，该公司拥4英寸IGBT芯片设计、制 造、模块封装的完整全套技术。 “采用资本运作的手段，改变了我国IGBT技术及产业长期受制于人的 局面。”行业专家、投资者给出高度评价。
为使丹尼克斯半导体公司已有的4英寸IGBT生产线生产出的产品适应中国轨道交通的应用，株洲所在此基础上自主研发并组建了新的 6英寸IGBT生产线。
高层的关注和期望则为南车株洲所攻克国家难题注入了强大动 力。2009年6月，时任国务院总理温家宝在视察中国南车株洲所时， 殷切寄语，一定要抓住轨道交通大发展的大好机遇，上规模、上水 平，勇克IGBT等国家技术难题，早日达到世界领先水平!
省委书记、省人大常委会主任 徐守盛、省长杜家毫等省领导，也 对IGBT研发和产业化项目给予高度关注和大力支持。
为了更好地吸纳全球，特别是欧洲顶尖技术和人才资源，加速 IGBT技术及产业化进 程，2010年，公司在英国组建起功率半导体器件海外研发中心。
2012年，南车株洲所率先在国内研制出3300伏高压IGBT芯片， 从芯片到模块，全部自主研制。它的成功研制，宣告了中国人在3300伏高压等级的IGBT芯片研发领域有了一席之地。
更具市场意义的是，国际市场对中国的IGBT芯片价格应声下 跌：3300伏的IGBT芯片，其价格几乎“腰斩”。
随后，4500伏、6500伏等更高电压等级的IGBT芯片相继在南车株洲所研发成功，满足了轨道交通、智能电网等高端应用领域的需 要，并且实现IGBT制造技术从6英寸到8英寸的跨越。
IGBT产业前景有多大?
产品研发的活力在市场。为了 把拥有自主知识产权的IGBT产品尽快推向市场，南车株洲所启动大规 模产业化项目。
在攻克30多项关键核心技术后，南车株洲所拥有了从芯片设 计、封装测试、可靠性试验、系统应用等全流程、完整的技术和工艺体系，具备了大规模产业化条件。 成为国内目前唯一一家全面掌握IGBT芯片技术研发、模块封装测试和系统应用的企业。
新投产的IGBT产业化基地，具备年产12万片8英寸IGBT芯片和 100万只IGBT模块的能力，年产值有望超过20亿元，其产业规模和技术实力均达到国际领先水平。
据介绍，南车株洲所在现有8 英寸IGBT专业芯片生产线基础上，还同时建设IGBT模块生产线。产品电压等级从650伏到6500伏，可满足轨道交通以及电动汽车、风力发电、太阳能发电、智能电网、高压 变频、工业传动等多个行业需求， 致力打造我国首个完全依靠自主能力建设、产能规模最大、技术实力 最强、产品型号最全的大功率 IGBT产业化基地。
产业还将继续拓展。南车株洲所与中国科学院微电子研究所联合，组建新型电力电子器件研发中心，开展以碳化硅为基础材料的新型电力电子器件技术与产业化的研究。目前，中心已成功研制出样品，并组合封装成混合型IGBT模 块。该公司还将与国内其他单位及 相关科研院所一道，开展“碳化硅电力电子器件集成制造技术研发与 产业化”、“6英寸碳化硅单晶材料研发与产业化及其在大功率IGBT等 器件中的应用”研究。
为放大产业规模效应，南车株洲所正在牵头策划成立中国IGBT技 术创新与产业联盟，谋划整合国内 IGBT产业从材料到应用的上下游优势资源，推动中国IGBT产业发展。
中国IGBT产业航母，将在湖南扬帆起航!
相关链接：国际IGBT技术及产业现状
IGBT技术要求高，掌握该技术的企业为数不多，产品的市场份额较为集中。目前，全球IGBT市场主 要为日本和欧美企业占据，中国国内的IGBT需求主要依靠进口或合资生产企业解决。
据有关统计，国际前4名的企业在IGBT市场合计占有超过75%的 份额，其中日本三菱电气市场份额超过30%(在家电领域占有度高)， 德国英飞凌市场份额超过20%(在 工控领域占有度高)。
责任编辑：solar_robot
