IGBT被譽(yù)為電力世界的鑰匙，新能源汽車(chē)的“CPU”，如今正面臨卡脖子難題，為了自主可控，無(wú)數(shù)企業(yè)在攻堅(jiān)克難。

在此間，出行一客（ID：carcaijing）看到一個(gè)特別的身影——株洲中車(chē)時(shí)代半導(dǎo)體有限公司（下稱(chēng)，中車(chē)時(shí)代半導(dǎo)體）。誰(shuí)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(chē)時(shí)代半導(dǎo)體在合適的時(shí)間，選擇合適的企業(yè)，完成了收購(gòu)吸收。從滿(mǎn)足國(guó)產(chǎn)需求，到開(kāi)始向全球輸出產(chǎn)品，奪取市場(chǎng)份額。

如今，海外政策對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備的限制也越來(lái)越嚴(yán)，有些手續(xù)也越來(lái)越麻煩。越來(lái)越多的關(guān)鍵設(shè)備的引入和使用受到較大影響。這對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)不完整的中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)，尤其是Fabless模式（無(wú)晶圓廠(chǎng)）的企業(yè)而言，無(wú)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(chē)時(shí)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(duì)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(jiàn)的多了。每次都在不同的地方卡，一直卡到現(xiàn)在，要說(shuō)最艱難的是，還是十五年前從零開(kāi)始的時(shí)刻……

01

IGBT是什么？

2008年，自中車(chē)時(shí)代半導(dǎo)體收購(gòu)英國(guó)功率半導(dǎo)體廠(chǎng)商丹尼克斯（Dynex）的那一刻開(kāi)始，中國(guó)高鐵IGBT芯片被國(guó)外廠(chǎng)商“卡脖子”的狀況，正式進(jìn)入倒計(jì)時(shí)。

什么是IGBT芯片？IGBT的中文全稱(chēng)是絕緣柵雙極型晶體管，從工作原理來(lái)講，IGBT可以簡(jiǎn)單理解為一個(gè)類(lèi)似開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換交流電和直流電的裝置。從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)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(yùn)輸、電力工程、可再生能源和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。尤其對(duì)于發(fā)展如日中天的新能源汽車(chē)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(xiàng)技術(shù)也一直被日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家所壟斷?？墒荌GBT對(duì)高鐵十分重要，直接決定了高鐵的起步制動(dòng)速度、運(yùn)行時(shí)速的調(diào)整和能源利用的效率高低。

沒(méi)有掌握核心技術(shù)，中國(guó)制造要使用IGBT芯片只能靠引進(jìn)。單論高鐵的需求，我國(guó)每年就需要進(jìn)口約10萬(wàn)個(gè)IGBT芯片，一年進(jìn)口額為12億元。中國(guó)從西門(mén)子進(jìn)口的高鐵列車(chē)，一列就要2.5億人民幣。而中車(chē)時(shí)代半導(dǎo)體收購(gòu)Dynex，交易金額只有約1672萬(wàn)加元（約1.09億人民幣）。

“這是一次難得的收購(gòu)機(jī)遇”，一位分析人士對(duì)出行一客（ID：carcaijing）分析稱(chēng)，當(dāng)時(shí)剛上全球金融危機(jī)，打開(kāi)了一個(gè)并購(gòu)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(shí)，中車(chē)可以通過(guò)收購(gòu)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(chē)，顏驥對(duì)出行一客（ID：carcaijing）解釋?zhuān)骸笆召?gòu)Dynex是要看它愿不愿意的，它也可以賣(mài)給別的買(mǎi)家。其實(shí)這是單純行業(yè)金融基礎(chǔ)的一個(gè)問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題其實(shí)很真實(shí)，就是芯片一般跟電力結(jié)合才能長(zhǎng)久的發(fā)展，否則它沒(méi)有前景和方向。”

Dynex本身具備6英寸IGBT生產(chǎn)線(xiàn)，收購(gòu)Dynex后，中車(chē)是否要急于突破技術(shù)，是一個(gè)在內(nèi)部有爭(zhēng)議的問(wèn)題。“不能總是追趕別人，我們要超越?！敝熊?chē)時(shí)代半導(dǎo)體研究所董事長(zhǎng)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(jí)建設(shè)8英寸IGBT生產(chǎn)線(xiàn)。

2014年，中車(chē)時(shí)代半導(dǎo)體自主研制的8英寸IGBT芯片成功下線(xiàn)，這才讓人們看到了中國(guó)在高壓IGBT的可能性，從此國(guó)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(dòng)車(chē)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(chē)時(shí)代半導(dǎo)體的8英寸IGBT生產(chǎn)線(xiàn)完備后，在價(jià)格戰(zhàn)中逐漸搶奪外國(guó)廠(chǎng)商市場(chǎng)份額。從2014年至2016年，中車(chē)時(shí)代半導(dǎo)體的大功率半導(dǎo)體的中國(guó)市場(chǎng)市占率從0升至60%，獲取了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大部分訂單。此后，中車(chē)時(shí)代半導(dǎo)體布局海外，在印度、馬來(lái)西亞、俄羅斯等市場(chǎng)均有嘗試。

02

從高鐵到汽車(chē)，中車(chē)再次入局

在高鐵建設(shè)告一段落，新能源汽車(chē)站在風(fēng)口之際，中車(chē)時(shí)代半導(dǎo)體果斷切分出子公司——時(shí)代電氣，從而更好地切入車(chē)規(guī)級(jí)IGBT市場(chǎng)。

顏驥在第13屆中國(guó)汽車(chē)論壇中的演講提到，到2027年，新能源汽車(chē)的滲透率將會(huì)超過(guò)50%。IGBT是新能源汽車(chē)裝置核心器件，尤其在電驅(qū)方面的技術(shù)門(mén)檻比較高。新能源汽車(chē)在130KW以上的電驅(qū)應(yīng)用逐步會(huì)成為主流，對(duì)大功率器件的需求將會(huì)比較旺盛。

顏驥表示，中車(chē)時(shí)代半導(dǎo)體以前對(duì)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(chē)領(lǐng)域后快速發(fā)展，第二條產(chǎn)線(xiàn)建設(shè)完全基于汽車(chē)產(chǎn)品，去年年底在這一領(lǐng)域又投資111個(gè)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(kāi)發(fā)，顏驥認(rèn)為，主要還是構(gòu)建底層的能力、平臺(tái)能力、分層分級(jí)、持續(xù)創(chuàng)新。中車(chē)目前的重心還是最基礎(chǔ)的技術(shù)，因?yàn)橥笞鲂酒且詣?chuàng)新為主，以前都是向國(guó)外瞄準(zhǔn)，但現(xiàn)在更多是要實(shí)現(xiàn)突破。

在出行一客（ID：carcaijing）的訪(fǎng)談中，顏驥補(bǔ)充道：“我們?cè)瓉?lái)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(chē)的軌道，而軌道交通這一塊的傳統(tǒng)技術(shù)，我們是可以實(shí)現(xiàn)的?！?/span>

近年來(lái)，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(chē)電力轉(zhuǎn)換損耗降低30%至50%。缺點(diǎn)則在于成本較高，同等級(jí)別的SiCMOSFET芯片，其成本是硅基IGBT的8-12倍。

顏驥介紹，中車(chē)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(jí)。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(chǎng)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(lái)新能源汽車(chē)的發(fā)展需求，中車(chē)在株洲的基地，之后的重點(diǎn)就是碳化硅的芯片建設(shè)。

03

提高國(guó)產(chǎn)率：完善產(chǎn)業(yè)鏈

盡管中車(chē)的IGBT技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，但我國(guó)半導(dǎo)體原材料仍然會(huì)被國(guó)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(guó)等西方國(guó)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(guó)外的一些政策對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備的限制也越來(lái)越嚴(yán)，有些手續(xù)也越來(lái)越麻煩。光刻機(jī)、離子注入、封裝方面鍵合機(jī)、測(cè)試設(shè)備等部分都受到比較大的影響。這對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)不完整的中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)，尤其是Fabless模式（無(wú)晶圓廠(chǎng)）的企業(yè)而言，無(wú)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(duì)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(jiàn)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(guò)最初那個(gè)時(shí)候?！?/span>

在新冠疫情時(shí)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(xiǎn)較大，失去了理想、小鵬等眾多客戶(hù)，而這些客戶(hù)投入了中車(chē)的懷抱。顏驥介紹，中車(chē)是IDM模式（有晶圓廠(chǎng)），芯片和模塊作為中游產(chǎn)業(yè)可以有效帶動(dòng)上游的原材料和下游設(shè)備廠(chǎng)商的發(fā)展，并且中車(chē)愿意跟友商一起協(xié)同資源，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新來(lái)促進(jìn)上下游的應(yīng)用推廣，也希望有更多的機(jī)會(huì)支持國(guó)產(chǎn)化的芯片。

中車(chē)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(chē)三電系統(tǒng)以及新能源整車(chē)的完整布局，希望能夠推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同發(fā)展，快速提升國(guó)產(chǎn)化的比率。

在協(xié)同行業(yè)資源上，2014年，中車(chē)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(zhuān)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(chē)成立了湖南省功率半導(dǎo)體創(chuàng)新中心，類(lèi)似于“公司+聯(lián)盟”方式運(yùn)營(yíng)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(chē)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)，為打好汽車(chē)芯片為代表的“產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級(jí)化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化攻堅(jiān)戰(zhàn)”，以行業(yè)協(xié)會(huì)、學(xué)會(huì)做樞紐，協(xié)同汽車(chē)行業(yè)上下游企業(yè)重點(diǎn)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(chē)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈。