绝缘栅

高铁核心芯片仅日本掌握,垄断近50年,中

发布时间:2022/9/30 15:17:50   
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如今,中国高铁已经毫无疑问,成为了全球所有高铁中公认最先进的。去年我国高铁运营里程数突破3万公里,居世界第一。距离绕地球一圈只差一万公里。

除了长度是世界最长之外,性能也十分先进。在时速公里的复兴号车厢内能竖硬币不倒。

此外,中国高铁的铁路建造工艺也是全球数一数二的。路基、桥梁、隧道、钢轨、线路随便拿出来一项就能让外国人让之莫及。等到川藏铁路正式通车之后,中国人就又创造出了一个铁路奇迹。

不过这些虽然值得中国人骄傲,却不是最值得称道的。真正最值得称道的事情,是中国高铁的国产化。

当年高铁刚刚造出来的时候,各路公知纷纷站出来找茬,说中国的高铁,轴承是外国的,芯片是外国的,某零件是外国的,某材料事外国的。

但是现在高铁上的所有部件都是中国人自己造的。

比如高铁的扣件系统。这是链接钢轨与轨枕的连接部件,拥有承担扣压钢轨、提供轨道弹性和绝缘等多项功能。当年这个部件我们只能从日本买,但是现在中国已经成了新一代国际ISO扣件标准起草国之一。中国的技术标准,变成了全世界的技术标准。

不过最重要的突破,是高忒的心脏,IGBT芯片突破。

IGBY芯片,又叫做绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。是能源变换与传输的核心器件。

高压高功率密度的IGBT无论是在传统的电力、机械、矿冶到4C产业还是在轨道交通、智能电网、航空航天、新能源装备,以至于在特种装备等战略性新兴产业上都有着非常广泛的应用。

可以说它不仅是高铁的心脏,也是新时代,绝大多数高科技产业的“核芯”。

简单来说,这款设备相当于一个小型变压器。放在高铁上,就是这车加速能力怎样,最高时速多少,能源效率高不高、能不能瞬间起跑、车子开起来稳不稳、停车稳不稳全看它的性能怎么样。

IGBT大约占据了高铁电力系统成本的50%以及整车成本的5%,是整个高铁成本低而搞的原件,成本第一是电池。

然而如此重要的部件,曾经中国竟然只能依靠日本。

虽然IGBT芯片不需要计算机芯片那么高的精度。相比于目前最先进的12寸芯片流片线稍差的8寸线流片即可,但是因为这种芯片的工作环境和其他芯片大相径庭,所以对芯片提出了其他要求包括能够承受更大的电流,以及安全性必须要达标等。

在这些标准之下哪怕是拥有全世界最庞大的12寸流片代工线,还掌握全球最先进的芯片制造技术的台积电,都只是一个门外汉。

每个IGBT的制造都需要通过多道工序。其中涉及的专业可不止有半导体一项。还包括了材料学,化工甚至是机械等多个学科。

曾经全世界能制造大功率IGBT芯片的国家只有两个,分别是日本和德国。其中又以日本为最。日本从年研发出IGBT芯片之后,技术不断升级,到了9年甚至推出了第六代IGBT。并且广泛用于数控机床,机器人,轨道交通领域为。可以说日本人垄断了全球IGBT五十年。

这种垄断一度对中国的高铁建设事业的发展,造成了极大的阻碍。仅仅是8年一年,中国就给日本人贡献了12亿人民币。一个8列的动车组需要个芯片,成本高达万元,而中国一年之内就需要整整10万个芯片。

除此之外,日本人还把中国的供货优先级给调到了最低,交货周期被拉得非常之长。

为了突破日本人的封锁,发达国家粉碎机再度发力,针对IGBT芯片进行攻关。而这并不是一个容易的工程:一块巴掌大小的IGBT模块内共有36块指甲大小的芯片,每块芯片并联摆放5万个被称作为“元胞”的电子单元。这些“元胞”相当于IGBT的“细胞”,它们能够在百万分之一秒的时间内实现电流的快速转化。要在这些和指甲盖差不多大小的芯片上均匀加工处理5万个和头发丝一样细的“元胞”,难度无异于微雕。

中国为了克服这些难题费了巨大的精力,在IBGT芯片设计、封装测试、可靠性试验、系统应用上攻克了超过30多项难题,初步掌握该器件的成套技术。

紧接着又经过了2年的研发,才算是拿出了成品。年,中国的IGBT第一次接受专家组的考察,经过各种极端环境试验后,一致通过了对该产品的技术鉴定。

而中国的IGBT芯片从项目开始到正式成功,只用了六年时间。

如今中国所有的高铁,用的都是自己的国产心脏。

当然,一定会有人酸,突破了IGBT又如何,外国已经玩IGCT了;别吹IGBT了,高铁轴承研究的怎么样了。

让各位失望了,这些技术现在中国现在也已经突破了,不然中国人也没脸说自己的高铁是全球最先进的。



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