日本能否保住「功率半導體大國」之位?

2021/02/15


       在純電動汽車(EV)等的核心零部件「功率半導體」開發方面,日本企業正展開激烈競爭。與中韓企業具備優勢的記憶體不同,功率半導體的源頭是面向電力企業的工業設備等技術。因此,東芝和三菱電機等日本重型電機設備企業掌握很高的全球份額。在此背景下,屬於中型企業的富士電機也在高性能化競爭中顯示出存在感。

 

       位於山梨縣的富士電機功率半導體晶片生産工廠目前處於前所未有的繁忙狀態。面向純電動汽車和混合動力車的訂單從日本國內外湧來,工廠維持滿負荷運轉狀態。富士電機將在2023年度之前投入1200億日元,以負責晶圓處理工序的山梨縣工廠為中心,把産能提高至2019年度的1.5倍。該公司電子元件業務本部業務企劃部長島田高志表示,「仍具有增強産能的空間」,還考慮進行追加投資。

 

       富士電機在被稱為IGBT的功率半導體領域具有優勢。這是一種能高速切換開關的器件,用於逆變器等,被混合動力車和純電動汽車所採用,富士電機在IGBT模塊領域排在全球份額第3位。

 

富士電機的車載RC-IGBT模塊

 

       在長野縣的松本工廠,最新型「RC-IGBT」的開發正在推進。其特點是結合續流二極管(FreeWheel Diode)和IGBT這2種晶片。續流二極管用於釋放關閉馬達電源時瞬間産生的高壓電流,防止電子零部件發生故障。RC-IGBT具備2種功能,能夠減少面積和發熱量。

 

       島田高志表示,「只有本公司把面向純電動汽車的RC-IGBT實現産品化」。如果這種産品的應用不斷增加,有望促進純電動汽車的進一步小型化和輕量化。

 

       功率半導體被比喻為純電動汽車和工業設備等需要較多電力的設備的「肌肉」。這些設備需要將通過電池等獲得的電力高效地轉換為動力。承擔這一功能的正是功率半導體。

 

       法國調查公司Yole Développement的統計顯示,2019年全球功率半導體的市場規模換算成日元接近2萬億日元。預計到2025年將擴大至2.3萬億日元。德國英飛淩科技公司是最大的功率半導體企業,在全球擁有約2成份額。在日本企業中,三菱電機、富士電機、東芝和羅姆等躋身前十。

 

       日本企業為何在功率半導體領域具備優勢呢?富士電機和東芝等一直在開發向電力企業供應的送配電設備和用於鐵路車輛的馬達及電力轉換設備等。通過自主生産這些工業設備使用的功率半導體,在競相推進節能的過程中,自主發展了功率半導體技術。

 


 

       在功率半導體問世的1980年代,較多用於工廠和成套設備,但從混合動力車增加的1990年代後半期開始,功率半導體不斷應用於汽車。原因在於電動馬達的控制需要使用逆變器。目前,富士電機的功率半導體業務有35%是面向汽車。該公司認為隨著全球推進汽車電動化,到2023年度這一比例將提高至近5成。

 

       日本在功率半導體的高性能化方面領跑,但在IGBT等領域,中國企業也在提升實力。日本企業的優勢地位並非絕對。作為對抗海外企業的手段而受到關注的是能進一步減少電力損耗的採用碳化矽的功率半導體。碳化矽是由矽和碳構成的化合物半導體的材料。據悉其結合力強於矽,並且很耐熱。

 

       與矽材料的半導體晶片相比,碳化矽晶片在電力轉換過程中的電力損耗減少6成左右。由於晶片的電力損耗較少,能實現模塊的小型化,這是主要優點。減少多餘的容量還有助於純電動汽車電池的小型化。

 

       羅姆將碳化矽業務定位為增長核心。在福岡縣築後市的工廠推進增強設備,旨在擴大碳化矽功率半導體生産。羅姆旗下擁有德國碳化矽晶圓製造企業SiCrystal,優勢是從晶圓到器件都能自主生産。與瑞士半導體廠商意法半導體簽署了碳化矽晶圓的長期供應合同。

 

       羅姆董事高級執行官CSO業務統括伊野和英強調稱,「本公司在功率半導體領域起步晚,但在碳化矽領域屬於先行者。力爭在汽車和可再生能源等領域全方位擴大市佔率」。碳化矽功率半導體的世界市場規模現階段估計為500億日元左右,但到2024年有望達到2000億日元,其中近3成是面向汽車。羅姆計劃2025年之前在築後工廠投入600億日元,將碳化矽晶圓和器件的産能提高至2019年度的5倍。

 

       中國企業正在加快功率半導體的國産化。日本的各家企業在供貨實績和技術實力上領先,但在包括中國在內的世界市場,成本競爭加強的局面或將難以避免。

 

       SMBC日興證券的分析師吉積和孝表示,「與需求波動大的記憶體等不同,功率半導體的需求有望保持穩定,設備投資風險相對較低。應當積極推進投資」。富士電機等日本國內企業的投資戰略將左右日本今後是否仍是「功率半導體大國」。

 

       日本經濟新聞(中文版:日經中文網)加藤敦志

 

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