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起步受阻,封锁垄断
2003年,中国刚开始搞高速铁路,轨道交通还处在起步阶段。国外那些企业,手里攥着核心技术,尤其是IGBT芯片,简直就是高铁的动力心脏,控制列车怎么加速减速,功率怎么转换。要是没有它,几百吨重的列车想跑快点,门都没有。
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早年间,中国高铁发展得快,需求量大,每年得从国外进口十来万个IGBT芯片,花掉12亿左右的钱,一辆西门子列车光芯片部分就得砸进去2.5亿。德国的英飞凌啥的,仗着垄断地位,开出天价,2万一颗,还老是找借口涨价。
中国企业呢,只能捏着鼻子认,因为技术差距在那摆着,国内功率半导体水平落后国际一流至少15年。话说回来,西方国家把IGBT当成宝贝,技术封锁得死死的,就算你出再多钱,也别想买到核心。
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2007年,国家出了个指南,把IGBT列为优先发展领域,可进展慢,收效不大。株洲所的团队感受到压力大,市场需要那么多芯片,可自己造不出来,只能靠进口。国外企业还公开说,没有他们的芯片,中国高铁就是老牛拉车,跑不起来。
这话听着多气人,可事实就是这样,30年来,西方垄断着这项技术,中国高铁发展老是被卡脖子。2008年金融危机来了,给了个机会,株洲所收购了英国Dynex公司75%的股权,这家公司是全球最早搞IGBT的,收购后,中国总算有了点技术基础,能少走弯路。可这只是第一步,真正把技术消化吸收,还得靠自己。
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攻关突破,主权夺回
收购Dynex后,株洲所马上在英国林肯建了功率半导体研发中心,招了40多名顶尖专家,投入大笔钱搞新一代IGBT。2009年,团队建成了国内第一条IGBT模块封装线,年产超过6万只模块,这算是个小进步。
6月,领导视察株洲所,强调核心技术花钱买不到,得自己攻克IGBT难题,早日达到世界领先。团队干劲儿足了,分成小组,一头扎进实验室,研究芯片设计、封装和测试。
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IGBT结构复杂,由双极型三极管和场效应管组合而成,能用小功率控制大电压大电流,开关快、损耗低,用在高铁上,能大幅提高用电效率。芯片内部,拿7200千瓦大功率交流电来说,一块模块里有36个指甲大小的芯片,每个芯片并联着5万个电子单元,这些单元能在百万分之一秒内转化电流。
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加工起来难如针尖绣花,得在硅片上均匀处理那些细如发丝的结构。团队反复试验,优化工艺,从4英寸硅片起步,逐步升级。2011年,他们投入15亿在株洲建生产线,目标是8英寸IGBT芯片。
花了几年时间,2012年研制出3300V高压IGBT,2014年5月,国内首条、世界第二条8英寸IGBT专业芯片线投产,年产12万片8英寸IGBT芯片。这条线从硅片清洗到光刻封装,全流程自主,首片8英寸IGBT芯片下线,标志着中国打破了西方30年的垄断。
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没想到,以前每年交那么多“学费”,现在自己能造了。芯片价格跳水到千元以内,国产占有率飙到60%以上,到现在高铁IGBT已100%国产化。
株洲所不光掌握了650V到6500V全电压范围,还把技术应用到昆明地铁,芯片装上后,列车运行稳定,功率转换顺畅。这事让中国高铁彻底摆脱依赖,夺回了“心脏”主导权。国外企业垄断的日子没了,中国芯崛起,增强了高铁的自研实力,不再受制于人。
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全球输出,欧美禁售
高铁技术稳了,中国总里程到2016年就超2.2万公里,世界第一。有了自主IGBT,就得走出去,2009年国家提出高铁出口策略,次年铁道部组工作组针对不同国家。技术上,中国高铁经历引进消化再到创新三个阶段,现在能建穿越荒漠高寒的高速线,提供多样服务。
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成本低是最大优势,世界银行报告说,中国350公里时速高铁项目成本1.29亿,250公里的0.87亿,远低于欧美日本的3亿。2014年,中国出口铁路设备267.7亿,增长22.6%。
政治经济上,高铁输出带动“一带一路”经贸,赚外汇,还拉动芯片化工等产业,增加岗位。其他国家用中国高铁,就得依中国标准,增强地缘影响。海上万一封锁,高铁是能源进口后手。
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难啃的欧洲市场也拿下,2014年和匈牙利塞尔维亚合作匈塞铁路,从西门子手里抢来订单,报了当年封锁的一箭之仇。2016年,印尼雅万高铁开工,中国首个全产业链海外项目;和俄罗斯签莫斯科-喀山合同;伊朗德黑兰-马什哈德也开工。
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海外工程遍及欧亚非,高铁日渐成熟。可关键技术,尤其是IGBT,中国决定永不出口欧美。就像比亚迪拒卖芯片给外国企业,这事鼓舞人心。欧美曾求购,可中国硬气回绝,维护自主优势。以前他们垄断卡脖子,现在中国反制,牢牢掌控定价权。高铁成中国名片,一提高铁就想到中国。
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