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IGBT被譽為電力世界的鑰匙，新能源汽車的“CPU”，如今正面臨卡脖子難題，為了自主可控，無數企業在攻堅克難。
在此間，出行一客（ID：carcaijing）看到一個特別的身影——株洲中車時代半導體有限公司（下稱，中車時代半導體）。誰曾想，如今的“新四大發明”中的高鐵，也曾面臨IGBT的卡脖子困擾。當年，中車時代半導體在合適的時間，選擇合適的企業，完成了收購吸收。從滿足國產需求，到開始向全球輸出產品，奪取市場份額。
如今，海外政策對半導體設備的限制也越來越嚴，有些手續也越來越麻煩。越來越多的關鍵設備的引入和使用受到較大影響。這對于產業鏈結構不完整的中國半導體企業，尤其是Fabless模式（無晶圓廠）的企業而言，無疑像懸在頭頂的達摩克利斯之劍。
“脖子”被卡也不是一次兩次了。在中車時代半導體副總經理顏驥眼里，即便挑戰不小，但仍顯得有些風淡云輕，他對出行一客（ID：carcaijing）表示，在一路歷經的坎坷中，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，自中車時代半導體收購英國功率半導體廠商丹尼克斯（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、轉換交流電和直流電的裝置。從應用場景來講，作為電力電子重要大功率主流器件之一，IGBT已經廣泛應用于家用電器、交通運輸、電力工程、可再生能源和智能電網等領域。尤其對于發展如日中天的新能源汽車而言，IGBT更是“CPU”一般的存在。
IGBT被譽為電力世界的鑰匙，研發和生產難度極高，這項技術也一直被日本、德國等發達國家所壟斷。可是IGBT對高鐵十分重要，直接決定了高鐵的起步制動速度、運行時速的調整和能源利用的效率高低。
沒有掌握核心技術，中國制造要使用IGBT芯片只能靠引進。單論高鐵的需求，我國每年就需要進口約10萬個IGBT芯片，一年進口額為12億元。中國從西門子進口的高鐵列車，一列就要2.5億人民幣。而中車時代半導體收購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遇”，一位分析人士對出行一客（ID：carcaijing）分析稱，當時剛上全球金融危機，打開了一個并購的窗口期；Dynex是業內的老牌企業，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技術發展的底層邏輯。
關于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。其實這是單純行業金融基礎的一個問題，這個問題其實很真實，就是芯片一般跟電力結合才能長久的發展，否則它沒有前景和方向?！?/span>
Dynex本身具備6英寸IGBT生產線，收購Dynex后，中車是否要急于突破技術，是一個在內部有爭議的問題?！安荒芸偸亲汾s別人，我們要超越?！敝熊嚂r代半導體研究所董事長丁榮軍決定，要基于Dynex的技術，充分吸收IGBT的創新發展成果，升級建設8英寸IGBT生產線。
2014年，中車時代半導體自主研制的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、大型工業裝備等，而高壓IGBT全球最大的供應商是日本三菱電機。
中車時代半導體的8英寸IGBT生產線完備后，在價格戰中逐漸搶奪外國廠商市場份額。從2014年至2016年，中車時代半導體的大功率半導體的中國市場市占率從0升至60%，獲取了國內市場大部分訂單。此后，中車時代半導體布局海外，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
在高鐵建設告一段落，新能源汽車站在風口之際，中車時代半導體果斷切分出子公司——時代電氣，從而更好地切入車規級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，尤其在電驅方面的技術門檻比較高。新能源汽車在130KW以上的電驅應用逐步會成為主流，對大功率器件的需求將會比較旺盛。
顏驥表示，中車時代半導體以前對應用于軌道交通以及電網的高壓IGBT投入較大，2017年進入汽車領域后快速發展，第二條產線建設完全基于汽車產品，去年年底在這一領域又投資111個億，在株洲和宜興兩地全面擴展中低壓的功率半導體芯片產業。
關于這部分的產品開發，顏驥認為，主要還是構建底層的能力、平臺能力、分層分級、持續創新。中車目前的重心還是最基礎的技術，因為往后做芯片是以創新為主，以前都是向國外瞄準，但現在更多是要實現突破。
在出行一客（ID：carcaijing）的訪談中，顏驥補充道：“我們原來是研究所，所以技術創新的想法一直存在，底層技術是要自己做的?？梢赃@樣講，今天是汽車的軌道，而軌道交通這一塊的傳統技術，我們是可以實現的?！?/span>
近年來，第三代半導體材料碳化硅（SiC）成為冉冉升起的新星。SiC能夠有效提高系統效率、降低能耗、減小系統裝置體積與重量、提高系統可靠性，可使高速列車電力轉換損耗降低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，中車已經推出了M、L和S系列產品，覆蓋30千瓦到360千瓦的功率等級。S系列的模塊是標準的封裝結構，能夠匹配目前主流市場的需求。L的模塊就是平面轉模，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。
03
提高國產率：完善產業鏈
盡管中車的IGBT技術已經達到國際領先水平，但我國半導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體設備的限制也越來越嚴，有些手續也越來越麻煩。光刻機、離子注入、封裝方面鍵合機、測試設備等部分都受到比較大的影響。這對于產業鏈結構不完整的中國半導體企業，尤其是Fabless模式（無晶圓廠）的企業而言，無疑像懸在頭頂的達摩克利斯之劍。
“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，一直卡到現在，但也比不過最初那個時候?！?/span>
在新冠疫情時期，如斯達半導這樣的Fabless模式企業，由于產業鏈不完整風險較大，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業可以有效帶動上游的原材料和下游設備廠商的發展，并且中車愿意跟友商一起協同資源，通過技術創新來促進上下游的應用推廣，也希望有更多的機會支持國產化的芯片。
中車現在目前已經形成了基礎材料、功率芯片、傳感芯片、汽車三電系統以及新能源整車的完整布局，希望能夠推動產業鏈上下游的協同發展，快速提升國產化的比率。
在協同行業資源上，2014年，中車牽頭成立了功率半導體這方面的聯盟，聯盟覆蓋了半導體的專用材料、設備、芯片、器件模塊、裝置以及系統應用全產業鏈單位。2018年，中車成立了湖南省功率半導體創新中心，類似于“公司+聯盟”方式運營模式，囊括材料、工藝、應用等功率半導體全產業鏈。
顏驥呼吁，要加強汽車功率半導體產業鏈建設，為打好汽車芯片為代表的“產業基礎高級化、產業鏈現代化攻堅戰”，以行業協會、學會做樞紐，協同汽車行業上下游企業重點發展產業鏈前端比較薄弱環節，打造完整的產業鏈，培育產業生態發展以支撐自主技術的創新迭代，構建協同發展的汽車功率半導體產業鏈生態圈。
