电子器件技术直接关系到变流器技术的发展和进步,是建设节约型社会和创新型国家的关键技术。近年来,电力电子器件的技术水平不断提高,应用领域日益广泛,逐渐成为国民经济发展的基础支柱产业之一。
随着UHV DC输电、高压变频、交流传动机车/动车组、城市轨道交通等技术的发展和我国市场需求的增加,对5英寸和6英寸晶闸管、IGCT(集成门极换流晶闸管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)的需求非常迫切,需求量也非常大。据估计,中国每年需要的5英寸和6英寸晶闸管、IGCT和IGBT的总量将达到50万只以上。然而,目前国内市场所需的高端电力电子器件主要依赖进口。以IGBT为例,全球IGBT的主要供应商集中在英飞凌、三菱、ABB、富士等少数公司。国内只有几条小功率IGBT的封装线,不具备大功率IGBT的模具研发制造能力和封装能力。因此,他们在技术上受制于人,这对国民经济的健康发展和国家安全极为不利。
为落实高技术产业和信息产业发展“十一五”规划,全面落实科学发展观,推进节能降耗,促进电力电子技术和产业发展,根据2007年国家发展改革委发布的《关于组织实施新型电力电子器件产业化的通知》,国家将实施电力电子器件产业工程, 提高新型电力电子器件的技术和工艺水平,推动产业发展,满足市场需求,通过技术进步和产业升级促进节能降耗; 推进产学研用结合,突破核心基础器件研制关键技术,完善电力电子产业链,促进具有自主知识产权的芯片和技术的推广应用;培育骨干企业,增强自主创新能力。支持重点包括以下几个方面:芯片产业化方面,主要支持IGBT、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、快恢复二极管(FRD)、功率集成电路(PIC)、IGCT等产品的芯片设计、制造、封装测试和模块组装;模块产业化方面,主要支持电力电子器件系统集成模块、智能功率模块(IPM)和用户专用功率模块(ASPM);在应用器件产业化方面,重点围绕电机节能、照明节能、交通运输、电力、冶金等领域需求,支持具有自主知识产权芯片和技术的电力电子器件应用。
在产业政策的支持和国民经济发展的推动下,近年来我国电力电子的产业化水平有了很大的提高。南车时代电气股份有限公司一直致力于推动中国电力电子产业的发展,具有强大的技术创新能力。南车电气通过自主创新,掌握了具有自主知识产权的全压接技术,基于全压接技术开发的一系列高压大功率电力电子器件入选国家重点新产品。特别是基于5英寸全压接技术,承担了科技部“十一五”重点支持的特高压直流换流阀和6英寸晶闸管研发项目,成功研制出6英寸晶闸管。通过多年的创新和积累,南车电气已经掌握了一整套IGCT设计和制造技术,缩小了与国际先进水平的差距。同时,南车时代电气立足IGBT应用技术,吸收国外先进技术,在大功率IGBT可靠性研究、试验等关键技术上取得突破,为IGBT封装和芯片研究奠定了良好基础。
国内电力电子行业通过对技术的不断探索和追求,使我国电力电子技术水平接近国际水平,并在部分高端市场占据一席之地。例如,通过引进消化技术,Xi安电力电子技术研究所的产品已在高压直流输电等高端领域得到应用。近年来,南车电气逐步进入高压直流和SVC(动态无功补偿装置)领域。
虽然我国电力电子技术水平不断提高,但国内企业与国际公司相比仍有较大差距,不能满足国民经济发展对电力电子技术进步的要求,也不能满足建设资源节约型和环境友好型社会的迫切需要。因此,中国电力电子企业还有很长的路要走。
在新型电力电子器件的开发中,需要探索更加积极有效的模式。在国际上,IGBT作为主流设备,已经发展到第五代商用。然而,我国只有少数企业从事中小功率IGBT的封装,尚未形成产业规模。然而,IGBT芯片的产业化和大功率IGBT的封装是空白。因此,只有探索更加积极有效的模式,促进电力电子器件企业与微电子器件企业的技术融合,取长补短,实现IGBT产业化,才能填补我国基础产业先进电力电子器件的空白,改变技术受制于人的局面。
在高端传统设备的国产化方面,需要进一步加快进程。传统的电力电子器件主要是指晶闸管,在很多关键领域仍然发挥着不可替代的作用。特别是随着变流器件的容量越来越大,对高压大电流高端传统器件的需求巨大。而我国只有少数优势企业通过自主创新掌握了高端器件的制造技术,大部分企业还停留在低端器件的制造上。
在电力电子器件新技术的研究中,应加强研发。一代技术影响下一代产品,电力电子技术精密复杂。我国在低温键合、离子注入、类金刚石薄膜等一些新的关键技术上还缺乏系统的创新能力,需要加快研发进程。