羅姆社長(cháng)：中國功率半導體追趕速度驚人

 用于控制電力的「功率半導體」左右著(zhù)純電動(dòng)汽車(chē)（EV）的節能性能。在半導體行業(yè)，日本企業(yè)的存在感正在減弱，但在功率半導體領(lǐng)域，日本企業(yè)則擁有30％的全球份額。日本經(jīng)濟新聞就應對激烈競爭的對策采訪(fǎng)了世界半導體大企業(yè)羅姆 (ROHM) 的社長(cháng)松本功。

    記者：日本企業(yè)正在功率半導體領(lǐng)域拼盡全力。

    松本功：用于運算等的半導體的微細加工技術(shù)已經(jīng)實(shí)現了一定程度的商品化。但另一方面，功率半導體的材料開(kāi)發(fā)則需要大量化學(xué)等方面的知識經(jīng)驗。在減少電阻的新材料開(kāi)發(fā)競爭方面，日本企業(yè)處于領(lǐng)先地位。從作為原材料的晶圓到用于最終產(chǎn)品的電源外圍設備，我們公司都有涉及。我們正通過(guò)一貫制生產(chǎn)來(lái)實(shí)現質(zhì)量管理和穩定供應。

    記者：增產(chǎn)和研發(fā)方面的競爭狀況如何？

    松本功：自2021年起，脫碳風(fēng)潮興起，汽車(chē)純電動(dòng)化的趨勢提前了兩年。與使用硅材料的產(chǎn)品相比，使用電力損耗大幅減少的新一代材料「碳化硅（SiC）」的功率半導體的需求增加。以美歐廠(chǎng)商為中心，展開(kāi)了投資競爭。

    中國正在舉全國之力推進(jìn)這方面的開(kāi)發(fā)，其追趕速度驚人。（中國）在各地建立了使用生產(chǎn)效率高的大口徑晶圓的工廠(chǎng)。我們公司從20多年前就開(kāi)始與京都大學(xué)等合作研究碳化硅材料，積累了相關(guān)技術(shù)，但如果不能繼續走在前面的話(huà)，形勢就會(huì )被逆轉。

    記者：通過(guò)什么來(lái)分出勝負？

    松本功：在迅速擴大的市場(chǎng)上，作為知名度源泉的市占率非常重要。汽車(chē)制造商在新車(chē)上市幾年之前就開(kāi)始篩選半導體。需要瞄準未來(lái)5年提前建立供應體制。我們公司最早將于2022年內在福岡縣啟用新廠(chǎng)房大樓進(jìn)行生產(chǎn)，目標是到2025財年（截至2026年3月）在碳化硅功率半導體領(lǐng)域獲得3成世界份額。

    記者：如何克服中美半導體主導權之爭帶來(lái)的困難?

    松本功：加工晶圓的半導體前制程離不開(kāi)美國生產(chǎn)的加工設備。如果今后中美對立進(jìn)一步加劇，連日本企業(yè)使用美國的設備生產(chǎn)出來(lái)的半導體都無(wú)法向中國出口的話(huà)，將會(huì )出現負面影響。我們公司正在開(kāi)拓工業(yè)機械用半導體需求旺盛的歐洲市場(chǎng)等。

    記者：日本半導體產(chǎn)業(yè)能否卷土重來(lái)？

    松本功：中國大陸和臺灣通過(guò)政策培養了半導體工程師，相關(guān)人數迅速增加。日本的半導體產(chǎn)業(yè)在1990年代以后急劇衰退，對學(xué)生來(lái)說(shuō)，半導體行業(yè)的就業(yè)吸引力下降?，F在以相關(guān)工廠(chǎng)越來(lái)越多的九州為中心，人才爭奪十分激烈。日本需要從人才培養做起，重新審視半導體產(chǎn)業(yè)。

    日本功率半導體，瘋狂擴產(chǎn)

    日本瑞薩今日宣布，將對其位于甲府的甲府工廠(chǎng)進(jìn)行價(jià)值 900 億日元的投資。他們指出，雖然工廠(chǎng)于 2014 年 10 月關(guān)閉，但瑞薩電子計劃在 2024 年重新開(kāi)放該工廠(chǎng)，作為能夠制造IGBT和功率MOSFET的300 毫米功率半導體晶圓廠(chǎng)。

    瑞薩表示，隨著(zhù)碳中和勢頭的增長(cháng)，預計全球對供應和管理電力的高效功率半導體的需求將在全球范圍內急劇增加。瑞薩特別預計電動(dòng)汽車(chē) (EV) 的需求將快速增長(cháng)，因此計劃提高其 IGBT 等功率半導體的產(chǎn)能，為脫碳做出貢獻。一旦甲府工廠(chǎng)實(shí)現量產(chǎn)，瑞薩功率半導體的總產(chǎn)能將翻一番。

    瑞薩電子的全資子公司瑞薩半導體制造有限公司的甲府工廠(chǎng)此前經(jīng)營(yíng) 150mm 和 200mm 晶圓制造線(xiàn)。為了提高產(chǎn)能，瑞薩決定利用工廠(chǎng)的剩余建筑，將其恢復為專(zhuān)用于功率半導體的 300 毫米晶圓廠(chǎng)。

    瑞薩電子總裁兼首席執行官 Hidetoshi Shibata 表示：“可持續發(fā)展是我們的核心，以‘讓我們的生活更輕松’為宗旨，我們希望建立一個(gè)可持續的未來(lái)，我們的半導體技術(shù)和解決方案有助于讓我們的生活更輕松?！?“這項投資使我們能夠擁有最大的專(zhuān)用于功率半導體的晶圓制造線(xiàn)，這是實(shí)現脫碳的關(guān)鍵。我們將繼續進(jìn)行必要的投資，以提高我們的內部生產(chǎn)能力，同時(shí)進(jìn)一步加強與外包合作伙伴的聯(lián)系。為應對中長(cháng)期需求增長(cháng)，瑞薩電子仍致力于確保供應安全，為我們的客戶(hù)提供最佳支持?！?/p>

    東芝擴產(chǎn)SiC和GaN，大幅提升功率半導體

    今年年初，東芝子公司表示，將在 4 月開(kāi)始的新財年增加資本支出，以在需求旺盛的情況下擴大其主要生產(chǎn)基地的功率半導體器件的產(chǎn)能。

    東芝電子器件與存儲設備已為 2022 財年指定投資 1000 億日元（8.39 億美元），比 2021 財年 690 億日元的估計高出約 45%。

    這筆資金將資助在石川縣的生產(chǎn)子公司加賀東芝電子的場(chǎng)地建設一個(gè)新的制造設施，該設施計劃于 2023 年春季開(kāi)始。它還將包括在現有結構內安裝一條新的生產(chǎn)線(xiàn)。此次升級預計將使東芝的功率半導體產(chǎn)能提高約 150%。

    功率器件用于電子設備中的電力供應和控制，有助于減少能量損失。隨著(zhù)向碳中和社會(huì )的努力加速和車(chē)輛電動(dòng)化，需求正在增加。

    產(chǎn)能擴張將不僅涵蓋由硅片制成的功率器件，還包括以碳化硅和氮化鎵為晶圓的下一代芯片。

    東芝還將擴大對另一個(gè)主要產(chǎn)品類(lèi)別硬盤(pán)的投資。它已開(kāi)發(fā)出將存儲容量提高到超過(guò) 30 TB 的技術(shù)，或比當前可用水平高出 70% 以上，并致力于早期商業(yè)化。

    東芝電子器件和存儲公司正在設想數據中心和電源設備的硬盤(pán)驅動(dòng)器的增長(cháng)，并正在緊急加大在這兩個(gè)領(lǐng)域的投資。為了加強其重點(diǎn)，該部門(mén)在 2020 財年重組了其業(yè)務(wù)，結束了系統芯片業(yè)務(wù)的新發(fā)展。

    東芝已在截至 2025 財年的五年內為設備業(yè)務(wù)指定投資 2900 億日元，而上一個(gè)五年期間為 1500 億日元。該集團在當前五年任期的前兩年使用了約 60% 的預算，如有必要，將考慮投入更多資金。

    該集團已公布計劃拆分為三個(gè)針對基礎設施、設備和半導體存儲器的公司。但大股東對此表示反對，分拆能否實(shí)現尚不確定。

    三菱電機：1300億投向功率半導體，謀劃8英寸SiC

    三菱電機于 2021 年 11 月 9 日舉行了功率器件業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)說(shuō)明會(huì )，并宣布將在未來(lái)五年內向功率半導體業(yè)務(wù)投資 1300 億日元，直至 2025 年。該公司計劃在福山工廠(chǎng)（廣島縣福山市）新建一條 12 英寸（300 毫米）晶圓生產(chǎn)線(xiàn)，并計劃到 2025 年將其產(chǎn)能比 2020 年翻一番。

    據該公司稱(chēng)，由于汽車(chē)自動(dòng)化、消費設備逆變器的進(jìn)步和工業(yè)/可再生能源的節能需求，功率器件市場(chǎng)在2020年到2025年之間將以12%的復合年增長(cháng)率（CAGR）增長(cháng)。而電氣化鐵路的發(fā)展，以及自動(dòng)化的進(jìn)步。預計會(huì )以速度擴大。

    功率器件市場(chǎng)前景

    三菱電機將公司功率器件業(yè)務(wù)的目標設定為——到2025年銷(xiāo)售額2400億日元以上、營(yíng)業(yè)利潤率10%以上。為實(shí)現目標，三菱電機將重點(diǎn)關(guān)注增長(cháng)預期較高的汽車(chē)領(lǐng)域和公司市場(chǎng)占有率較高的消費領(lǐng)域，兩個(gè)領(lǐng)域按領(lǐng)域銷(xiāo)售的比例將從2020年的 50%提升到到2025年的65% 。

    公司的增長(cháng)目標和業(yè)務(wù)政策

    三菱電機還表示還表示，與 2020 年相比，公司計劃到 2025 年將晶圓制造（前道處理）的產(chǎn)能翻一番。封裝和檢測環(huán)節（后道工序）也將“及時(shí)、適當地投入”以滿(mǎn)足未來(lái)的需求。按照三菱電機的計劃，公司在未來(lái)五年（至2025年）的投資規模約為1300億日元。

    這項投資的一個(gè)典型例子是在福山工廠(chǎng)建設 8 英寸（200 毫米）和 12 英寸生產(chǎn)線(xiàn)。8英寸生產(chǎn)線(xiàn)將于2021年11月開(kāi)始試運行，并計劃于2022年春季開(kāi)始量產(chǎn)。12英寸線(xiàn)的量產(chǎn)目標是2024年。

    固定投資計劃概要

    新的12英寸生產(chǎn)線(xiàn)具有通過(guò)增加硅片直徑和通過(guò)自動(dòng)化提高生產(chǎn)力的優(yōu)勢，以及通過(guò)在內部增加載流子存儲層實(shí)現低損耗的獨特“CSTBT cell結構”晶圓。通過(guò)這種改進(jìn)，三菱電機希望能夠實(shí)現低損耗和提高生產(chǎn)率，三菱電機也將把它應用到 RC-IGBT 上，以實(shí)現其產(chǎn)品的差異化，而汽車(chē)領(lǐng)域和消費領(lǐng)域將是公司這些產(chǎn)品的首個(gè)目標市場(chǎng)。

    三菱電機同時(shí)表示，公司也在加強對 SiC 的努力，它具有從大型電動(dòng)汽車(chē)擴展到中型電動(dòng)汽車(chē)的潛力。除了將獨特的制造工藝應用于溝槽 MOSFET 以進(jìn)一步提高性能和生產(chǎn)力之外，該公司還考慮制造 8 英寸Si晶圓。

    該公司表示，“我們將根據客戶(hù)的需求適當地使用硅和 SiC 來(lái)加強我們的業(yè)務(wù)。通過(guò)提供集成了硅芯片 / SiC 芯片的模塊陣容，我們將滿(mǎn)足從小到大客戶(hù)的多樣化需求?！苯忉屨f(shuō)。

    富士電機表示，將增產(chǎn)功率半導體

    2022年1月27日，富士電機表示，將增產(chǎn)功率半導體生產(chǎn)基地富士電機津輕半導體（青森縣五所川原市/以下簡(jiǎn)稱(chēng)津輕工廠(chǎng)）的SiC（碳化硅）產(chǎn)能。量產(chǎn)計劃在截至 2025 年 3 月的財政年度開(kāi)始。

    未來(lái)五年，富士電機將擴大 8 英寸硅片前端生產(chǎn)線(xiàn)為中心，進(jìn)行與功率半導體相關(guān)的資本投資，總額 將高達1200 億日元。但是，為了應對電動(dòng)汽車(chē)和可再生能源對功率半導體的需求增加，富士電機決定追加投資，包括在津輕工廠(chǎng)建設 SiC 功率半導體生產(chǎn)線(xiàn)。

    “功率半導體的資本投資預計將增加到1900億日元，”該公司表示。

    羅姆，繼續加碼SiC

    搶攻電動(dòng)車(chē)(EV)商機、日廠(chǎng)忙增產(chǎn)EV用次世代半導體「碳化硅(SiC)功率半導體」。

    據日經(jīng)新聞早前報導，因看好來(lái)自電動(dòng)車(chē)(EV)的需求將擴大，也讓羅姆(Rohm)等日本廠(chǎng)商開(kāi)始相繼增產(chǎn)節能性能提升的EV用次世代半導體。各家日廠(chǎng)增產(chǎn)的對象為用來(lái)供應\控制電力的「功率半導體」產(chǎn)品，不過(guò)使用的材料不是現行主流的硅(Si)、而是采用了碳化硅(SiC)。SiC功率半導體使用于EV逆變器上的話(huà)，耗電力可縮減5-8%、可提升續航距離，目前特斯拉(Tesla)和中國車(chē)廠(chǎng)已開(kāi)始在部分車(chē)款上使用SiC功率半導體。

    報導指出，因看好來(lái)自EV的需求有望呈現急速擴大，羅姆將投資500億日圓、目標在2025年之前將SiC功率半導體產(chǎn)能提高至現行的5倍以上。羅姆位于福岡縣筑后市的工廠(chǎng)內已蓋好SiC新廠(chǎng)房、目標2022年啟用，中國吉利汽車(chē)的EV已決定采用羅姆的SiC功率半導體產(chǎn)品，而羅姆目標在早期內將全球市占率自現行的近2成提高至3成。

    羅姆在該領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位，2010 年量產(chǎn)了世界上第一個(gè) SiC 晶體管。2009 年收購的德國子公司 SiCrystal 生產(chǎn) SiC 晶圓，使羅姆具備了從頭到尾的生產(chǎn)能力。它最近在日本福岡縣的一家工廠(chǎng)開(kāi)設了一個(gè)額外的生產(chǎn)設施，這是將產(chǎn)能增加五倍以上的計劃的一部分。

    攜手電裝，聯(lián)電將在日本建12吋IGBT線(xiàn)

    早前，日本電裝（DENSO）發(fā)表消息稱(chēng)，公司將和全球半導體代工廠(chǎng)聯(lián)合微電子公司達成協(xié)議，同意在聯(lián)電日本晶圓廠(chǎng)子公司USJC 300 毫米晶圓廠(chǎng)，合作生產(chǎn)功率半導體，以滿(mǎn)足汽車(chē)市場(chǎng)不斷增長(cháng)的需求。

    USJC 的晶圓廠(chǎng)將安裝絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 生產(chǎn)線(xiàn)，這將是日本第一家在 300 毫米晶圓上生產(chǎn) IGBT 的工廠(chǎng)。DENSO 將貢獻其面向系統的 IGBT 器件和工藝技術(shù)，而 USJC 將提供其 300mm 晶圓制造能力，以將 300mm IGBT 工藝量產(chǎn)，該計劃于 2023 年上半年開(kāi)始。此次合作得到了改造和脫碳計劃的支持日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省不可缺少的半導體。

    隨著(zhù)全球減少碳排放的努力，電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)和采用加速，汽車(chē)電氣化所需的半導體需求也在迅速增加。IGBT 是功率卡中的核心器件，用作逆變器中的高效功率開(kāi)關(guān)，用于轉換直流和交流電流，以驅動(dòng)和控制電動(dòng)汽車(chē)電機。

    “DENSO 很高興成為日本首批開(kāi)始在 300 毫米晶圓上量產(chǎn) IGBT 的公司的成員，”電裝總裁 Koji Arima 說(shuō)?！半S著(zhù)移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，包括自動(dòng)駕駛和電氣化，半導體在汽車(chē)行業(yè)變得越來(lái)越重要。通過(guò)此次合作，我們將為功率半導體的穩定供應和汽車(chē)的電氣化做出貢獻?！?/p>

    “作為日本的主要代工企業(yè)，USJC 致力于支持政府促進(jìn)國內半導體生產(chǎn)和向更環(huán)保的電動(dòng)汽車(chē)過(guò)渡的戰略，”USJC 總裁 Michiari Kawano 說(shuō)?！拔覀兿嘈?，我們獲得汽車(chē)客戶(hù)認證的代工服務(wù)與電裝的專(zhuān)業(yè)知識相結合，將生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，為未來(lái)的汽車(chē)趨勢提供動(dòng)力?！?/p>

    “我們很高興與電裝這樣的領(lǐng)先公司進(jìn)行這種雙贏(yíng)的合作。這是聯(lián)電的一個(gè)重要項目，將擴大我們在汽車(chē)領(lǐng)域的相關(guān)性和影響力，”聯(lián)電聯(lián)席總裁 Jason Wang 說(shuō)?！皯{借我們強大的先進(jìn)專(zhuān)業(yè)技術(shù)組合和位于不同地點(diǎn)的 IATF 16949 認證晶圓廠(chǎng)，聯(lián)華電子能夠很好地滿(mǎn)足汽車(chē)應用的需求，包括先進(jìn)的駕駛輔助系統、信息娛樂(lè )、連接和動(dòng)力系統。我們期待在未來(lái)與汽車(chē)領(lǐng)域的頂級參與者利用更多的合作機會(huì )?！?/p>

    此外，在去年十二月，電裝還宣布，作為其實(shí)現低碳社會(huì )努力的一部分，其配備了高質(zhì)量的碳化硅 (SiC) 功率半導體的最新型號升壓功率模塊已開(kāi)始量產(chǎn)，并被用于于2020 年 12 月 9 日上市的豐田新 Mirai 車(chē)型上。

    在介紹中，DENSO表示，公司開(kāi)發(fā)了 REVOSIC 技術(shù)，旨在將 SiC 功率半導體（二極管和晶體管）應用于車(chē)載應用。他們指出，碳化硅是一種與傳統硅（Si）相比在高溫、高頻和高壓環(huán)境中具有優(yōu)越性能的半導體材料。因此，在關(guān)鍵器件中使用 SiC 以顯著(zhù)降低系統的功率損耗、尺寸和重量并加速電氣化引起了廣泛關(guān)注。

    2014 年，DENSO 推出了一款用于非汽車(chē)應用的 SiC 晶體管，并將其商業(yè)化用于音頻產(chǎn)品。DENSO 繼續對車(chē)載應用進(jìn)行研究，2018 年，豐田在其 Sora 燃料電池巴士中使用了車(chē)載 SiC 二極管。

    現在，DENSO 開(kāi)發(fā)了一種新的車(chē)載 SiC 晶體管，這標志著(zhù) DENSO 首次將 SiC 用于車(chē)載二極管和晶體管。新開(kāi)發(fā)的SiC 晶體管在車(chē)載環(huán)境中提供高可靠性和高性能，這對半導體提出了挑戰，這要歸功于 DENSO 獨特的結構和加工技術(shù)，應用了溝槽柵極 MOSFET。搭載SiC功率半導體（二極管、晶體管）的新型升壓功率模塊與搭載Si功率半導體的以往產(chǎn)品相比，體積縮小約30%，功率損耗降低約70%，有助于實(shí)現小型化。升壓電源模塊，提高車(chē)輛燃油效率。

    DENSO 表示，公司將繼續致力于 REVOSIC 技術(shù)的研發(fā)，將技術(shù)應用擴展到電動(dòng)汽車(chē)，包括混合動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)，從而助力建設低碳社會(huì )。

    近日，DENSO 在一篇新聞稿中指出，功率半導體就像人體的肌肉。它根據來(lái)自 ECU（大腦）的命令移動(dòng)諸如逆變器和電機（四肢）之類(lèi)的組件。車(chē)載產(chǎn)品中使用的典型功率半導體由硅 (Si) 制成。相比之下，碳化硅在高溫、高頻和高壓環(huán)境中具有卓越的性能，有助于顯著(zhù)降低逆變器的功率損耗、尺寸和重量。因此，SiC 器件因其加速車(chē)輛電氣化而受到關(guān)注。

    電裝指出，與采用硅功率半導體的傳統產(chǎn)品相比，采用公司碳化硅功率半導體的升壓功率模塊體積縮小了約 30%，功率損耗降低了 70%。這就可以讓產(chǎn)品變得更小，車(chē)輛燃油效率得到提高。

    電裝工程師也表示，與硅相比，碳化硅的電阻低，因此電流更容易流動(dòng)。由于這種特性，一個(gè)原型 SiC 器件被突然的大電流浪涌損壞。為此電裝的多部門(mén)合作討論如何在充分利用 SiC 的低損耗性能的同時(shí)防止損壞市場(chǎng)上的設備，并以一個(gè)我們部門(mén)無(wú)法單獨提出的想法解決了這個(gè)問(wèn)題：使用特殊的驅動(dòng)器 IC 高速切斷電流。