羅姆社長：中國功率半導(dǎo)體追趕速度驚人

用于控制電力的「功率半導(dǎo)體」左右著純電動汽車（EV）的節(jié)能性能。在半導(dǎo)體行業(yè)，日本企業(yè)的存在感正在減弱，但在功率半導(dǎo)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（中文版：日經(jīng)中文網(wǎng)）就應(yīng)對激烈競爭的對策采訪了世界半導(dǎo)體大企業(yè)羅姆 (ROHM) 的社長松本功。

記者：日本企業(yè)正在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域拼盡全力。

松本功：用于運算等的半導(dǎo)體的微細加工技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了一定程度的商品化。但另一方面，功率半導(dǎo)體的材料開發(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(shè)備，我們公司都有涉及。我們正通過一貫制生產(chǎn)來實現(xiàn)質(zhì)量管理和穩(wěn)定供應(yīng)。

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，汽車純電動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(dǎo)體的需求增加。以美歐廠商為中心，展開了投資競爭。

中國正在舉全國之力推進這方面的開發(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。我們公司從20多年前就開始與京都大學(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(xù)走在前面的話，形勢就會被逆轉(zhuǎn)。

記者：通過什么來分出勝負？

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

記者：如何克服中美半導(dǎo)體主導(dǎo)權(quán)之爭帶來的困難?

松本功：加工晶圓的半導(dǎo)體前制程離不開美國生產(chǎn)的加工設(shè)備。如果今后中美對立進一步加劇，連日本企業(yè)使用美國的設(shè)備生產(chǎn)出來的半導(dǎo)體都無法向中國出口的話，將會出現(xiàn)負面影響。我們公司正在開拓工業(yè)機械用半導(dǎo)體需求旺盛的歐洲市場等。

記者：日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)能否卷土重來？

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

日本功率半導(dǎo)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進行價值 900 億日元的投資。他們指出，雖然工廠于 2014 年 10 月關(guān)閉，但瑞薩電子計劃在 2024 年重新開放該工廠，作為能夠制造IGBT和功率MOSFET的300 毫米功率半導(dǎo)體晶圓廠。

瑞薩表示，隨著碳中和勢頭的增長，預(yù)計全球?qū)?yīng)和管理電力的高效功率半導(dǎo)體的需求將在全球范圍內(nèi)急劇增加。瑞薩特別預(yù)計電動汽車 (EV) 的需求將快速增長，因此計劃提高其 IGBT 等功率半導(dǎo)體的產(chǎn)能，為脫碳做出貢獻。一旦甲府工廠實現(xiàn)量產(chǎn)，瑞薩功率半導(dǎo)體的總產(chǎn)能將翻一番。

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

瑞薩電子總裁兼首席執(zhí)行官 Hidetoshi Shibata 表示：“可持續(xù)發(fā)展是我們的核心，以‘讓我們的生活更輕松’為宗旨，我們希望建立一個可持續(xù)的未來，我們的半導(dǎo)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用于功率半導(dǎo)體的晶圓制造線，這是實現(xiàn)脫碳的關(guān)鍵。我們將繼續(xù)進行必要的投資，以提高我們的內(nèi)部生產(chǎn)能力，同時進一步加強與外包合作伙伴的聯(lián)系。為應(yīng)對中長期需求增長，瑞薩電子仍致力于確保供應(yīng)安全，為我們的客戶提供最佳支持?！?/span>

東芝擴產(chǎn)SiC和GaN，大幅提升功率半導(dǎo)體

今年年初，東芝子公司表示，將在 4 月開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(dǎo)體器件的產(chǎn)能。

東芝電子器件與存儲設(shè)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地建設(shè)一個新的制造設(shè)施，該設(shè)施計劃于2023 年春季開始。它還將包括在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝一條新的生產(chǎn)線。此次升級預(yù)計將使東芝的功率半導(dǎo)體產(chǎn)能提高約150%。

功率器件用于電子設(shè)備中的電力供應(yīng)和控制，有助于減少能量損失。隨著向碳中和社會的努力加速和車輛電動化，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主要產(chǎn)品類別硬盤的投資。它已開發(fā)出將存儲容量提高到超過 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(shè)想數(shù)據(jù)中心和電源設(shè)備的硬盤驅(qū)動器的增長，并正在緊急加大在這兩個領(lǐng)域的投資。為了加強其重點，該部門在 2020 財年重組了其業(yè)務(wù)，結(jié)束了系統(tǒng)芯片業(yè)務(wù)的新發(fā)展。

東芝已在截至 2025 財年的五年內(nèi)為設(shè)備業(yè)務(wù)指定投資 2900 億日元，而上一個五年期間為 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(yù)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針對基礎(chǔ)設(shè)施、設(shè)備和半導(dǎo)體存儲器的公司。但大股東對此表示反對，分拆能否實現(xiàn)尚不確定。

三菱電機：1300億投向功率半導(dǎo)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)說明會，并宣布將在未來五年內(nèi)向功率半導(dǎo)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（廣島縣福山市）新建一條 12 英寸（300 毫米）晶圓生產(chǎn)線，并計劃到 2025 年將其產(chǎn)能比 2020 年翻一番。

據(jù)該公司稱，由于汽車自動化、消費設(shè)備逆變器的進步和工業(yè)/可再生能源的節(jié)能需求，功率器件市場在2020年到2025年之間將以12%的復(fù)合年增長率（CAGR）增長。而電氣化鐵路的發(fā)展，以及自動化的進步。預(yù)計會以速度擴大。

功率器件市場前景

三菱電機將公司功率器件業(yè)務(wù)的目標設(shè)定為——到2025年銷售額2400億日元以上、營業(yè)利潤率10%以上。為實現(xiàn)目標，三菱電機將重點關(guān)注增長預(yù)期較高的汽車領(lǐng)域和公司市場占有率較高的消費領(lǐng)域，兩個領(lǐng)域按領(lǐng)域銷售的比例將從2020年的 50%提升到到2025年的65% 。

公司的增長目標和業(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(jié)（后道工序）也將“及時、適當?shù)赝度搿币詽M足未來的需求。按照三菱電機的計劃，公司在未來五年（至2025年）的投資規(guī)模約為1300億日元。

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

固定投資計劃概要

新的12英寸生產(chǎn)線具有通過增加硅片直徑和通過自動化提高生產(chǎn)力的優(yōu)勢，以及通過在內(nèi)部增加載流子存儲層實現(xiàn)低損耗的獨特“CSTBT cell結(jié)構(gòu)”晶圓。通過這種改進，三菱電機希望能夠?qū)崿F(xiàn)低損耗和提高生產(chǎn)率，三菱電機也將把它應(yīng)用到 RC-IGBT 上，以實現(xiàn)其產(chǎn)品的差異化，而汽車領(lǐng)域和消費領(lǐng)域?qū)⑹枪具@些產(chǎn)品的首個目標市場。

三菱電機同時表示，公司也在加強對 SiC 的努力，它具有從大型電動汽車擴展到中型電動汽車的潛力。除了將獨特的制造工藝應(yīng)用于溝槽 MOSFET 以進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(jù)客戶的需求適當?shù)厥褂霉韬?SiC 來加強我們的業(yè)務(wù)。通過提供集成了硅芯片 / SiC 芯片的模塊陣容，我們將滿足從小到大客戶的多樣化需求?！苯忉屨f。

富士電機表示，將增產(chǎn)功率半導(dǎo)體

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

未來五年，富士電機將擴大 8 英寸硅片前端生產(chǎn)線為中心，進行與功率半導(dǎo)體相關(guān)的資本投資，總額 將高達1200 億日元。但是，為了應(yīng)對電動汽車和可再生能源對功率半導(dǎo)體的需求增加，富士電機決定追加投資，包括在津輕工廠建設(shè) SiC 功率半導(dǎo)體生產(chǎn)線。

“功率半導(dǎo)體的資本投資預(yù)計將增加到1900億日元，”該公司表示。

羅姆，繼續(xù)加碼SiC

搶攻電動車(EV)商機、日廠忙增產(chǎn)EV用次世代半導(dǎo)體「碳化硅(SiC)功率半導(dǎo)體」。

據(jù)日經(jīng)新聞早前報導(dǎo)，因看好來自電動車(EV)的需求將擴大，也讓羅姆(Rohm)等日本廠商開始相繼增產(chǎn)節(jié)能性能提升的EV用次世代半導(dǎo)體。各家日廠增產(chǎn)的對象為用來供應(yīng)控制電力的「功率半導(dǎo)體」產(chǎn)品，不過使用的材料不是現(xiàn)行主流的硅(Si)、而是采用了碳化硅(SiC)。SiC功率半導(dǎo)體使用于EV逆變器上的話，耗電力可縮減5-8%、可提升續(xù)航距離，目前特斯拉(Tesla)和中國車廠已開始在部分車款上使用SiC功率半導(dǎo)體。

報導(dǎo)指出，因看好來自EV的需求有望呈現(xiàn)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(dǎo)體產(chǎn)能提高至現(xiàn)行的5倍以上。羅姆位于福岡縣筑后市的工廠內(nèi)已蓋好SiC新廠房、目標2022年啟用，中國吉利汽車的EV已決定采用羅姆的SiC功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，而羅姆目標在早期內(nèi)將全球市占率自現(xiàn)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 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開設(shè)了一個額外的生產(chǎn)設(shè)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

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

USJC 的晶圓廠將安裝絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 生產(chǎn)線，這將是日本第一家在 300 毫米晶圓上生產(chǎn) IGBT 的工廠。DENSO 將貢獻其面向系統(tǒng)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(dǎo)體。

隨著全球減少碳排放的努力，電動汽車的開發(fā)和采用加速，汽車電氣化所需的半導(dǎo)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關(guān)，用于轉(zhuǎn)換直流和交流電流，以驅(qū)動和控制電動汽車電機。

“DENSO 很高興成為日本首批開始在300 毫米晶圓上量產(chǎn) IGBT 的公司的成員，”電裝總裁 Koji Arima 說?！半S著移動技術(shù)的發(fā)展，包括自動駕駛和電氣化，半導(dǎo)體在汽車行業(yè)變得越來越重要。通過此次合作，我們將為功率半導(dǎo)體的穩(wěn)定供應(yīng)和汽車的電氣化做出貢獻?！?/span>

“作為日本的主要代工企業(yè)，USJC 致力于支持政府促進國內(nèi)半導(dǎo)體生產(chǎn)和向更環(huán)保的電動汽車過渡的戰(zhàn)略，”USJC 總裁 Michiari Kawano 說?！拔覀兿嘈牛覀儷@得汽車客戶認證的代工服務(wù)與電裝的專業(yè)知識相結(jié)合，將生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，為未來的汽車趨勢提供動力?！?/span>

“我們很高興與電裝這樣的領(lǐng)先公司進行這種雙贏的合作。這是聯(lián)電的一個重要項目，將擴大我們在汽車領(lǐng)域的相關(guān)性和影響力，”聯(lián)電聯(lián)席總裁 Jason Wang 說。“憑借我們強大的先進專業(yè)技術(shù)組合和位于不同地點的 IATF 16949 認證晶圓廠，聯(lián)華電子能夠很好地滿足汽車應(yīng)用的需求，包括先進的駕駛輔助系統(tǒng)、信息娛樂、連接和動力系統(tǒng)。我們期待在未來與汽車領(lǐng)域的頂級參與者利用更多的合作機會?！?/span>

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

在介紹中，DENSO表示，公司開發(fā)了REVOSIC 技術(shù)，旨在將 SiC 功率半導(dǎo)體（二極管和晶體管）應(yīng)用于車載應(yīng)用。他們指出，碳化硅是一種與傳統(tǒng)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(dǎo)體材料。因此，在關(guān)鍵器件中使用SiC 以顯著降低系統(tǒng)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應(yīng)用的 SiC 晶體管，并將其商業(yè)化用于音頻產(chǎn)品。DENSO 繼續(xù)對車載應(yīng)用進行研究，2018 年，豐田在其 Sora 燃料電池巴士中使用了車載 SiC 二極管。

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

DENSO 表示，公司將繼續(xù)致力于REVOSIC 技術(shù)的研發(fā)，將技術(shù)應(yīng)用擴展到電動汽車，包括混合動力汽車和純電動汽車，從而助力建設(shè)低碳社會。

近日，DENSO 在一篇新聞稿中指出，功率半導(dǎo)體就像人體的肌肉。它根據(jù)來自 ECU（大腦）的命令移動諸如逆變器和電機（四肢）之類的組件。車載產(chǎn)品中使用的典型功率半導(dǎo)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 器件因其加速車輛電氣化而受到關(guān)注。

電裝指出，與采用硅功率半導(dǎo)體的傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，采用公司碳化硅功率半導(dǎo)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。由于這種特性，一個原型SiC 器件被突然的大電流浪涌損壞。為此電裝的多部門合作討論如何在充分利用 SiC 的低損耗性能的同時防止損壞市場上的設(shè)備，并以一個我們部門無法單獨提出的想法解決了這個問題：使用特殊的驅(qū)動器 IC 高速切斷電流。