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”
记者 李伟锋
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，会用一些有强烈感情色彩的词，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。
