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[新闻]中车时代电气3300V/1500A高功率密度IGBT获得湖南省首届产品创新奖

www.p-e-china.com 2017/5/23 10:32:19 来源:互联网 电力电子论坛|免费发布产品

  仅指甲盖大小的芯片,内含5万个微米大小的“元胞”,可处理6500伏以上的高压电流,每秒可实现10万次电流开关动作。中车时代电气的高密度IGBT芯片,打破国外垄断,驱动中国高铁高速平稳前行——   澎湃的“中国芯”   株洲,田心,一座崭新气派的现代化厂房内,生产线24小时不间断地运转忙碌着。这里,是中车时代电气股份有限公司的IGBT生产线,每年能制造12万支芯片。这样的生产线,全世界只有两条。   IGBT芯片,是实现能源变换与传输的核心器件,简单点说,就是对电流实现精准、柔性控制的高级开关。一片指甲盖大小的芯片,却内含5万个微米大小的“元胞”,可处理6500伏以上的高压电流,每秒可实现10万次电流开关动作。功能如此强大的器件,其核心制造技术被德国、日本等制造强国把控30多年。而今,被中车时代电气所掌握,并获得湖南省首届创新奖。   两次更衣、三道净化,记者一身防化服装扮,随IGBT制造中心副主任罗海辉走进核心生产区。   “IGBT芯片对环境和生产工艺要求极严,核心制造区环境和空气净化等级为10级。这意味着,每立方英尺空气中,0.5微米以上的悬浮颗粒物不能超过10个。”罗海辉边走边介绍,呼出的空气、流出的汗液,甚至人体外表,都是污染源,必须把身体表面覆盖住,不与芯片接触。   偌大的生产车间,恒温、恒湿,很舒适。工作人员一个个安静地盯着眼前的屏幕,注意各种参数变化。罗海辉取出一块光碟大小的晶圆,上面整齐排列着128个指甲盖大小的芯片,“要制造出性能优越且具有高可靠性的IGBT芯片,必须突破诸多设计、工艺难点”。   要将5万个被称作“元胞”的电子单元,高度均匀地安置在一个指甲盖大小的芯片上,并能够承受大电流、高电压的工作环境,无异于“针尖上绣花”。   IGBT芯片制造,前后有200多道工艺步骤,涉及半导体、机械、电子、计算机、材料和化工等多门复杂学科。每个工艺步骤必须精准到位,每项技术火候都必须拿捏得当。否则,“失之毫厘,谬以千里”,一个细小环节的差异,就可能导致整批芯片报废。   一块即将封装的IGBT模块上,其芯片周边配有一个黑色的环。罗海辉介绍,黑环是IGBT芯片核心部件之一,可以阻断7000伏以上的电压,“就好比三峡大坝,能承受很大水压”。因此,黑环下面的设计、工艺、材料,要求都非常严格,“科研人员实验了几百次,花了好几个月时间才突破这个难点”。   试验室里,产品测试正在进行。6条手臂粗的导电铜缆连接在IGBT模块上方,通过24小时不间断地开关电源,对模块性能进行检测。   “每个模块投放市场前,都要经过两三天的连续检测试验。此过程中,其内部要做上百万次电源开、关循环。”IGBT产品开发部部长彭勇殿告诉记者。   温度测试也必不可少。试验室内的两个箱体内,一排排封装好的IGBT模块,正在高温与高冷之间“煎熬”。彭勇殿介绍,高铁既要开行在高寒的北方,也常奔驰在炎热的南方,外部环境温差大,对芯片的考验则在150摄氏度至零下40摄氏度之间进行。   在这间试验室,IGBT模块要历经极端温差、湿度,以及电流、震动等十几道检测,全部过关才能下线。   当年,为攻克IGBT关键技术,时代电气副总工程师刘国友等30余人,远赴英国丹尼克斯公司开展技术攻关。“白天8小时搞科研,晚上与国内的工程师团队交流讨论,加上时差因素,每天睡眠时间都很少。个中艰辛,一言难尽。”刘国友告诉记者,中西方研发人员一起讨论,起初,中方人员以为“Good”是“好”,事实并非如此。“对英国人来说,Good,仅表示部分同意。如果他特别认同,会用一些有强烈感***彩的词,比如Excellent、Wonderful”。   
    2014年6月,经过6年不懈努力,由我国自主研制具有完全知识产权的8英寸IGBT芯片在中车时代电气成功下线。从此,中国高铁终于拥有属于自己的“中国芯”。   “中国芯”从无到有,迸发出澎湃动力。目前,已占据国内电力市场60%以上份额,国内机车市场占有率达70%。同时,批量出口北美、欧洲、东南亚和中东等市场。   填写您的邮件地址,订阅我们的精彩内容:
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