从高铁到汽车，IGBT被卡脖子的15年

IGBT被誉为电力世界的钥匙，新能源汽车的“CPU”，如今正面临卡脖子难题，为了自主可控，无数企业在攻坚克难。

在此间，出行一客（ID: carcaijing）看到一个特别的身影——株洲中车时代半导体有限公司（下称，中车时代半导体）。谁曾想，如今的“新四大发明”中的高铁，也曾面临IGBT的卡脖子困扰。当年，中车时代半导体在合适的时间，选择合适的企业，完成了收购吸收。从满足国产需求，到开始向全球输出产品，夺取市场份额。

如今，海外政策对半导体设备的限制也越来越严，有些手续也越来越麻烦。越来越多的关键设备的引入和使用受到较大影响。这对于产业链结构不完整的中国半导体企业，尤其是Fabless模式（无晶圆厂）的企业而言，无疑像悬在头顶的达摩克利斯之剑。

“脖子”被卡也不是一次两次了。在中车时代半导体副总经理颜骥眼里，即便挑战不小，但仍显得有些风淡云轻，他对出行一客（ID: carcaijing）表示，在一路历经的坎坷中，这样的事情遇见的多了。每次都在不同的地方卡，一直卡到现在，要说最艰难的是，还是十五年前从零开始的时刻……

01、IGBT是什么？

2008年，自中车时代半导体收购英国功率半导体厂商丹尼克斯（Dynex）的那一刻开始，中国高铁IGBT芯片被国外厂商“卡脖子”的状况，正式进入倒计时。

什么是IGBT芯片？IGBT的中文全称是绝缘栅双极型晶体管，从工作原理来讲，IGBT可以简单理解为一个类似开关、转换交流电和直流电的装置。从应用场景来讲，作为电力电子重要大功率主流器件之一，IGBT已经广泛应用于家用电器、交通运输、电力工程、可再生能源和智能电网等领域。尤其对于发展如日中天的新能源汽车而言，IGBT更是“CPU”一般的存在。

IGBT被誉为电力世界的钥匙，研发和生产难度极高，这项技术也一直被日本、德国等发达国家所垄断。可是IGBT对高铁十分重要，直接决定了高铁的起步制动速度、运行时速的调整和能源利用的效率高低。

没有掌握核心技术，中国制造要使用IGBT芯片只能靠引进。单论高铁的需求，我国每年就需要进口约10万个IGBT芯片，一年进口额为12亿元。中国从西门子进口的高铁列车，一列就要2.5亿人民币。而中车时代半导体收购Dynex，交易金额只有约1672万加元（约1.09亿人民币）。

“这是一次难得的收购机遇”，一位分析人士对出行一客（ID: carcaijing）分析称，当时刚上全球金融危机，打开了一个并购的窗口期；Dynex是业内的老牌企业，虽然从量上看不是头部，但底子特别扎实，中车可以通过收购了解相关技术发展的底层逻辑。

关于Dynex为什么选择中车，颜骥对出行一客（ID: carcaijing）解释：“收购Dynex是要看它愿不愿意的，它也可以卖给别的买家。其实这是单纯行业金融基础的一个问题，这个问题其实很真实，就是芯片一般跟电力结合才能长久的发展，否则它没有前景和方向。”

Dynex本身具备6英寸IGBT生产线，收购Dynex 后，中车是否要急于突破技术，是一个在内部有争议的问题。“不能总是追赶别人，我们要超越。”中车时代半导体研究所董事长丁荣军决定，要基于Dynex的技术，充分吸收IGBT的创新发展成果，升级建设8英寸IGBT生产线。

2014年，中车时代半导体自主研制的8英寸IGBT芯片成功下线，这才让人们看到了中国在高压IGBT的可能性，从此国产IGBT芯片支持的电压范围为650V～6500V全覆盖。

所谓高压的范围大致是2500～6500V，主要用于轨道牵引（高铁、动车组）、电网、大型工业装备等，而高压IGBT全球最大的供应商是日本三菱电机。

中车时代半导体的8英寸IGBT生产线完备后，在价格战中逐渐抢夺外国厂商市场份额。从2014年至2016年，中车时代半导体的大功率半导体的中国市场市占率从0升至60%，获取了国内市场大部分订单。此后，中车时代半导体布局海外，在印度、马来西亚、俄罗斯等市场均有尝试。

02、从高铁到汽车，中车再次入局

在高铁建设告一段落，新能源汽车站在风口之际，中车时代半导体果断切分出子公司——时代电气，从而更好地切入车规级IGBT市场。

颜骥在第13届中国汽车论坛中的演讲提到，到2027年，新能源汽车的渗透率将会超过50%。IGBT是新能源汽车装置核心器件，尤其在电驱方面的技术门槛比较高。新能源汽车在130KW以上的电驱应用逐步会成为主流，对大功率器件的需求将会比较旺盛。

颜骥表示，中车时代半导体以前对应用于轨道交通以及电网的高压IGBT投入较大，2017年进入汽车领域后快速发展，第二条产线建设完全基于汽车产品，去年年底在这一领域又投资111个亿，在株洲和宜兴两地全面扩展中低压的功率半导体芯片产业。

关于这部分的产品开发，颜骥认为，主要还是构建底层的能力、平台能力、分层分级、持续创新。中车目前的重心还是最基础的技术，因为往后做芯片是以创新为主，以前都是向国外瞄准，但现在更多是要实现突破。

在出行一客（ID: carcaijing）的访谈中，颜骥补充道：“我们原来是研究所，所以技术创新的想法一直存在，底层技术是要自己做的。可以这样讲，今天是汽车的轨道，而轨道交通这一块的传统技术，我们是可以实现的。”

近年来，第三代半导体材料碳化硅（SiC）成为冉冉升起的新星。SiC能够有效提高系统效率、降低能耗、减小系统装置体积与重量、提高系统可靠性，可使高速列车电力转换损耗降低30%至50%。缺点则在于成本较高，同等级别的SiC MOSFET芯片，其成本是硅基IGBT的8-12倍。

颜骥介绍，中车已经推出了M、L和S系列产品，覆盖30千瓦到360千瓦的功率等级。S系列的模块是标准的封装结构，能够匹配目前主流市场的需求。L的模块就是平面转模，比较适用于大功率段，并且可以兼容碳化硅和硅基IGBT。碳化硅面向了未来新能源汽车的发展需求，中车在株洲的基地，之后的重点就是碳化硅的芯片建设。

03、提高国产率：完善产业链

尽管中车的IGBT技术已经达到国际领先水平，但我国半导体原材料仍然会被国外“卡脖子”。颜骥在演讲中提到，目前大部分原材料还是集中在日本、欧洲、美国等西方国家。特别是一些关键的原材料，像高阻的硅单晶、高性能的光刻胶以及高纯的靶材等，还有封装需要的铝碳化硅基板、氮化铝衬板、氮化硅衬板，硅凝胶、焊片等等。

此外，国外的一些政策对半导体设备的限制也越来越严，有些手续也越来越麻烦。光刻机、离子注入、封装方面键合机、测试设备等部分都受到比较大的影响。这对于产业链结构不完整的中国半导体企业，尤其是Fabless模式（无晶圆厂）的企业而言，无疑像悬在头顶的达摩克利斯之剑。

“脖子”被卡也不是一次两次了。颜骥对出行一客（ID: carcaijing）表示：“我们一路历经的坎坷中，这样的事情遇见的多了。每次都在不同的地方卡，一直卡到现在，但也比不过最初那个时候。”

在新冠疫情时期，如斯达半导这样的Fabless模式企业，由于产业链不完整风险较大，失去了理想、小鹏等众多客户，而这些客户投入了中车的怀抱。颜骥介绍，中车是IDM模式（有晶圆厂），芯片和模块作为中游产业可以有效带动上游的原材料和下游设备厂商的发展，并且中车愿意跟友商一起协同资源，通过技术创新来促进上下游的应用推广，也希望有更多的机会支持国产化的芯片。

中车现在目前已经形成了基础材料、功率芯片、传感芯片、汽车三电系统以及新能源整车的完整布局，希望能够推动产业链上下游的协同发展，快速提升国产化的比率。

在协同行业资源上，2014年，中车牵头成立了功率半导体这方面的联盟，联盟覆盖了半导体的专用材料、设备、芯片、器件模块、装置以及系统应用全产业链单位。2018年，中车成立了湖南省功率半导体创新中心，类似于“公司+联盟”方式运营模式，囊括材料、工艺、应用等功率半导体全产业链。

颜骥呼吁，要加强汽车功率半导体产业链建设，为打好汽车芯片为代表的“产业基础高级化、产业链现代化攻坚战”，以行业协会、学会做枢纽，协同汽车行业上下游企业重点发展产业链前端比较薄弱环节，打造完整的产业链，培育产业生态发展以支撑自主技术的创新迭代，构建协同发展的汽车功率半导体产业链生态圈。