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十年死磕「芯片」難題

2024-10-02推薦

醉心科技創新

在中國自主芯片產業化征途上,有一支青年隊伍,他們用不到10年的時間,幫助國家解決部份領域「芯片」卡脖子難題;從高鐵芯到汽車芯,從軌域交通延伸至高壓、直流輸電、新能源汽車的半導體碳化矽(SiC)等領域。

這支隊伍就是中車株洲所半導體產業化青年團隊。

在為高鐵提供持續動力的牽引電傳動系統中,有一塊巴掌大小的IGBT模組,它把控著車輛自動控制和功率變換的「命脈」,是高鐵的「心臟」。就是這樣的核心部件,多年來中國一直依賴進口,吃盡了苦頭。

2006年,為了滿足中國電力機車的發展需要,中車株洲所以高於國際市場3倍的價格,買到了一批IGBT芯片。這批芯片運到株洲時,大家視若珍寶,閘流體的技術負責人黃工曾這樣描述:「跟捧著自己剛出生的孩子一樣,觸摸到的,是未來的希望!」

可是在芯片被封裝好送上試驗台做基礎測試時,芯片竟然炸了。當時,國外售後人員一口咬定,是工作人員操作不當引起的。

經過國內技術專家反復論證之後,得出一個讓人心痛的結論:「高價買的這批芯片是別人生產中的殘次品。」

「關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。」中車株洲所主要負責人痛下決心,我們必須走自主研發的道路。

於是,中車株洲所青年研發團隊開始進行IGBT功率半導體技術的研究與產業化,一批批青年接續攻關。

與難點對弈,和時間賽跑。缺測試工具就自主研發,缺測試環境就自主搭建,燈火通明的實驗室裏,青年團隊渴了喝涼水,餓了啃麵包,用顯微鏡盯著研究物件,眼睛常常紅腫發痛。

「經常在實驗室一待就是一整天,甚至一連數月開啟‘24小時運轉’模式。」IGBT芯片設計主管姚堯仍清楚記得,每攻克一個核心技術難關,都需要對溫度、氣流、工藝時間等成百上千個參數進行反復驗證、分析和微調。

「沒有別的捷徑,就是咬著牙死磕。」姚堯說,當時沒有資訊化系統,團隊成員為了定位一個平面工藝異常問題,往往只能抱著盒子,帶著紙質流程卡,一趟趟跑,挨個找工程師糾錯。

就是在這樣的條件下,這支青年團隊自主研發了國內首條、全球第二條8英寸IGBT芯片生產線,讓馳騁在世界各地的高鐵都用上了「中國芯」。

在新能源產品線青年團隊的眼裏,不斷地進行技術研發和產品叠代,站在世界前沿,才是半導體人的追求。

2018年1月,國內首條第三代功率半導體器件6英寸SiC芯片生產線首批芯片試制成功,成為當時國際SiC芯片生產線的最高標準生產線。

與IGBT相比,SiC能夠有效提高系統效率,降低能耗,減小系統裝置體積與重量,提高系統可靠性,可使高速列車電力轉換損耗降低30%至50%。

時代電氣半導體事業部SiC產品開發部部長李誠瞻介紹,功率半導體器件生產經歷了閘流體、IGBT和SiC三代技術,SiC是目前最先進的技術,也是未來的行業主流。

早在2010年,時代電氣就開始構思SiC芯片。當時最新的技術都被國外壟斷,團隊透過完全自主摸索,一點一點完成可實施方案。

關鍵技術組主管羅燁輝告訴記者:「為了盡快將升級版‘中國芯’推向市場,計畫組犧牲了很多休息時間,付出了巨大的努力。」

2022年,國家「雙碳」目標深入推進,國內新能源迎來大爆發。科研技術團隊多年來的堅持不懈,再次與新時代同頻共振,迎來了高端、智慧、綠色時代。

「目前已有來自軌域交通、電動汽車、新能源等領域的訂單,很多企業前來對接,我們要盡快擴大產能。」羅燁輝說。

中車株洲所團委書記陳禹介紹,中車株洲建立了芯動力、智慧交通、馭風等11個首批青年創新工作室,讓青年科技人才在前沿科技探索、共性技術攻關、產品升級換代中挑大梁、當主角。

作為中車株洲所半導體產業化團隊骨幹之一,95後青年工程師李貴生對技術創新有著瘋狂的熱愛。自2018年7月加入以來,他和團隊一起參與開發了L7/L8等功率密度領先世界產品,推出了新能源混動車型「最受歡迎的」功率模組新型解決方案。

截至目前,中車株洲所以數十億元的巨額投資,成功突破IGBT、SiC芯片等技術瓶頸,掌握了功率半導體從核心元件到核心部件,再到核心系統整合的全套技術。