砥礪奮進的五年｜澎湃的「中國芯」

株洲，田心，一座嶄新氣派的現代化廠房內，生產線24小時不間斷地運轉忙碌著。這裡，是中車時代電氣股份有限公司的IGBT生產線，每年能製造12萬支晶元。這樣的生產線，全世界只有兩條。

IGBT晶元，是實現能源變換與傳輸的核心器件，簡單點說，就是對電流實現精準、柔性控制的高級開關。一片指甲蓋大小的晶元，卻內含5萬個微米大小的「元胞」，可處理6500伏以上的高壓電流，每秒可實現10萬次電流開關動作。功能如此強大的器件，其核心製造技術被德國、日本等製造強國把控30多年。而今，被中車時代電氣所掌握，並獲得湖南省首屆創新獎。

兩次更衣、三道凈化，記者一身防化服裝扮，隨IGBT製造中心副主任羅海輝走進核心生產區。

「IGBT晶元對環境和生產工藝要求極嚴，核心製造區環境和空氣凈化等級為10級。這意味著，每立方英尺空氣中，0.5微米以上的懸浮顆粒物不能超過10個。」羅海輝邊走邊介紹，呼出的空氣、流出的汗液，甚至人體外表，都是污染源，必須把身體表面覆蓋住，不與晶元接觸。

偌大的生產車間，恆溫、恆濕，很舒適。工作人員一個個安靜地盯著眼前的屏幕，注意各種參數變化。羅海輝取出一塊光碟大小的晶圓，上面整齊排列著128個指甲蓋大小的晶元，「要製造出性能優越且具有高可靠性的IGBT晶元，必須突破諸多設計、工藝難點」。

要將5萬個被稱作「元胞」的電子單元，高度均勻地安置在一個指甲蓋大小的晶元上，並能夠承受大電流、高電壓的工作環境，無異於「針尖上繡花」。

IGBT晶元製造，前後有200多道工藝步驟，涉及半導體、機械、電子、計算機、材料和化工等多門複雜學科。每個工藝步驟必須精準到位，每項技術火候都必須拿捏得當。否則，「失之毫釐，謬以千里」，一個細小環節的差異，就可能導致整批晶元報廢。

一塊即將封裝的IGBT模塊上，其晶元周邊配有一個黑色的環。羅海輝介紹，黑環是IGBT晶元核心部件之一，可以阻斷7000伏以上的電壓，「就好比三峽大壩，能承受很大水壓」。因此，黑環下面的設計、工藝、材料，要求都非常嚴格，「科研人員實驗了幾百次，花了好幾個月時間才突破這個難點」。

試驗室里，產品測試正在進行。6條手臂粗的導電銅纜連接在IGBT模塊上方，通過24小時不間斷地開關電源，對模塊性能進行檢測。

「每個模塊投放市場前，都要經過兩三天的連續檢測試驗。此過程中，其內部要做上百萬次電源開、關循環。」IGBT產品開發部部長彭勇殿告訴記者。

溫度測試也必不可少。試驗室內的兩個箱體內，一排排封裝好的IGBT模塊，正在高溫與高冷之間「煎熬」。彭勇殿介紹，高鐵既要開行在高寒的北方，也常賓士在炎熱的南方，外部環境溫差大，對晶元的考驗則在150攝氏度至零下40攝氏度之間進行。

在這間試驗室，IGBT模塊要歷經極端溫差、濕度，以及電流、震動等十幾道檢測，全部過關才能下線。

當年，為攻克IGBT關鍵技術，時代電氣副總工程師劉國友等30餘人，遠赴英國丹尼克斯公司開展技術攻關。「白天8小時搞科研，晚上與國內的工程師團隊交流討論，加上時差因素，每天睡眠時間都很少。個中艱辛，一言難盡。」劉國友告訴記者，中西方研發人員一起討論，起初，中方人員以為「Good」是「好」，事實並非如此。「對英國人來說，Good，僅表示部分同意。如果他特別認同，會用一些有強烈感情色彩的詞，比如Excellent、Wonderful」。

2014年6月，經過6年不懈努力，由自主研製具有完全知識產權的8英寸IGBT晶元在中車時代電氣成功下線。從此，高鐵終於擁有屬於自己的「芯」。

「芯」從無到有，迸發出澎湃動力。目前，已佔據國內電力市場60%以上份額，國內機車市場佔有率達70%。同時，批量出口北美、歐洲、東南亞和中東等市場。

來源 | 湖南日報

編輯 | 陸薇