用于控制電力的功率半導(dǎo)體的新一代產(chǎn)品已進(jìn)入普及階段。使用碳化硅（SiC）的半導(dǎo)體以純電動(dòng)汽車（EV）為中心需求猛增，豐田等車企也計(jì)劃在新車上采用。氮化鎵（GaN）基板的開發(fā)也朝著商用化的方向取得進(jìn)展。由于是左右電子設(shè)備低功耗性能、對(duì)脫碳起到關(guān)鍵作用的核心器件，投資競(jìng)爭(zhēng)也日趨白熱化。

日本的羅姆（ROHM）建在福岡縣筑后市的新生產(chǎn)廠房正在進(jìn)行SiC功率半導(dǎo)體的量產(chǎn)準(zhǔn)備。大部分制造設(shè)備已于2021年引進(jìn)完畢，進(jìn)入2022年后，開始反復(fù)進(jìn)行試制和評(píng)測(cè)。

羅姆將提前量產(chǎn)SiC功率半導(dǎo)體

羅姆社長(zhǎng)松本功表示，“純電動(dòng)汽車普及等脫碳動(dòng)向比預(yù)想的時(shí)間提前了兩年左右”，目前該公司正在加緊建立量產(chǎn)體制。法國(guó)調(diào)查公司Yole的統(tǒng)計(jì)顯示，2021年羅姆的SiC功率半導(dǎo)體份額達(dá)到約10％，排在全球第4位。羅姆提出了借助新生產(chǎn)廠房將份額提高到30％的目標(biāo)，“爭(zhēng)取到2025年度使份額上升至世界第一”（松本社長(zhǎng)）。

羅姆的SiC功率半導(dǎo)體

功率半導(dǎo)體起到電流流動(dòng)或者停止的“開關(guān)”作用。即便在同一產(chǎn)品內(nèi)，不同零部件也需要在不同的電壓及電流等條件下工作，因此需要將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，或者調(diào)整電壓。

比如，智能手機(jī)充電器就需要對(duì)插座輸出的電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換。充電器發(fā)熱，相當(dāng)于在該工作過程中產(chǎn)生的電力損耗。如果功率半導(dǎo)體的性能提高，就可以減少損耗，以較小的耗電量驅(qū)動(dòng)電氣產(chǎn)品。

全球約一半電力需求來自馬達(dá)

據(jù)日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的數(shù)據(jù)，全球電力需求的約一半來自馬達(dá)。使用功率半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的設(shè)備的工作效率得到改善會(huì)帶來很大效果。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省預(yù)測(cè)，通過改善功率半導(dǎo)體的性能，日本每年可減排超過983萬噸（到2050年）的二氧化碳。每年的減排量可達(dá)到2020年度總排放量（10.44億噸）的1％。

備受關(guān)注的是晶圓使用SiC材料的功率半導(dǎo)體。SiC是碳和硅的化合物，不僅硬度高，而且耐熱性和耐用性出色。因此可承受高電壓和高電流。

SiC材料需要人工合成生產(chǎn)，穩(wěn)定生產(chǎn)和加工門檻很高。雖然目前在成本方面與硅材料存在數(shù)倍的差距，但大口徑晶圓方面的量產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)確立，供應(yīng)鏈已開始完善。

豐田和本田將在純電動(dòng)汽車上采用SiC功率半導(dǎo)體

SiC功率半導(dǎo)體在純電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的需求迅速增加，正在進(jìn)入普及期。日本汽車企業(yè)也紛紛采用。豐田在2022年冬季以后上市的“雷克薩斯”純電動(dòng)汽車“RZ”配備的逆變器中使用SiC功率半導(dǎo)體。本田也打算于2026年在中大型純電動(dòng)汽車的逆變器中采用SiC產(chǎn)品。

Yole的統(tǒng)計(jì)顯示，在SiC功率半導(dǎo)體全球份額排名前十的企業(yè)中，日本企業(yè)除羅姆外，還有三菱電機(jī)、富士電機(jī)、東芝等。由東芝和三菱電機(jī)等共同開發(fā)的產(chǎn)品，已被JR東海的東海道新干線列車“N700S”的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用，日本企業(yè)的技術(shù)實(shí)力逐步提高。

海外企業(yè)的SiC功率半導(dǎo)體份額擁有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)?？偛吭谌鹗康?a href="http://m.makelele.cn/tags/意法半導(dǎo)體/" target="_blank">意法半導(dǎo)體（ST Microelectronics）的SiC市場(chǎng)份額達(dá)到約40％，位列全球首位。該公司的SiC功率半導(dǎo)體已經(jīng)迅速被美國(guó)特斯拉的主力純電動(dòng)汽車“Model 3”的部分產(chǎn)品采用。意法半導(dǎo)體10月還宣布了在意大利新建SiC晶圓工廠的消息。

GaN也作為新一代功率半導(dǎo)體備受關(guān)注

新一代功率半導(dǎo)體方面，氮化鎵（GaN）基板材料也備受關(guān)注。GaN是氮和鎵的化合物，擁有比SiC更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，可以提高頻率。

如果提高頻率，就能更精細(xì)地控制電力，可以使調(diào)整所需要的外圍零部件等縮小尺寸或者減少數(shù)量。隨著電力控制容易發(fā)生電力損耗，但GaN可以減小這種損耗。適用于方便攜帶和容易安裝的充電器及基站等小型產(chǎn)品。

不過，由于很難制造高品質(zhì)的晶體，目前基板使用的是硅。如果GaN基板能實(shí)現(xiàn)實(shí)用化，還可以承受跟SiC同等以上的高電壓，用途將擴(kuò)大到EV等。也有人期待其成為可以比SiC提高性能的實(shí)力技術(shù)。

在GaN功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，日本企業(yè)的優(yōu)勢(shì)在于基礎(chǔ)技術(shù)。據(jù)日本專利廳統(tǒng)計(jì)，2000～2019年在世界上申請(qǐng)的相關(guān)專利，日本企業(yè)占4成。在GaN基板領(lǐng)域，三菱化學(xué)集團(tuán)將與日本制鋼所合作，預(yù)計(jì)2023年初實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，住友化學(xué)最早2024年度實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

2014年因開發(fā)藍(lán)色發(fā)光二極管（LED）而共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的名古屋大學(xué)的天野浩教授認(rèn)為應(yīng)該積極開發(fā)GaN，表示“日本的優(yōu)勢(shì)在于材料和器件等”。

化學(xué)及材料等知識(shí)的積累將左右功率半導(dǎo)體的競(jìng)爭(zhēng)力。量產(chǎn)所需要的投資規(guī)模也比尖端邏輯（運(yùn)算）半導(dǎo)體等要小，有很多參與者涉足該領(lǐng)域。日本要想充分利用企業(yè)占優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)技術(shù)，行業(yè)重組及并購（M&A）等戰(zhàn)略將左右今后在世界上的競(jìng)爭(zhēng)力。

功率半導(dǎo)體用途廣，市場(chǎng)仍將增長(zhǎng)

功率半導(dǎo)體的特點(diǎn)是用途多樣。不僅用于純電動(dòng)汽車（EV），還用于家電、鐵路車輛、工業(yè)機(jī)械及可再生能源相關(guān)設(shè)備等需要電氣控制的所有機(jī)器。

三菱電機(jī)功率器件制作所所長(zhǎng)巖上徹說：“要想實(shí)現(xiàn)碳中和，需要有利于節(jié)能的功率半導(dǎo)體，今后市場(chǎng)將迅猛增長(zhǎng)”。

英國(guó)調(diào)查公司Omdia預(yù)計(jì)，2027年的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到約290億美元，是2020年的近2倍。雖說目前碳化硅（SiC）半導(dǎo)體在迅猛增長(zhǎng)，但傳統(tǒng)的硅（Si）半導(dǎo)體仍占市場(chǎng)的9成以上，仍是主流。

半導(dǎo)體市場(chǎng)迎來“硅周期”，進(jìn)入低迷狀態(tài)。受智能手機(jī)及個(gè)人電腦供貨量減少的影響，占整個(gè)市場(chǎng)7成的運(yùn)算半導(dǎo)體使用的邏輯半導(dǎo)體和存儲(chǔ)用存儲(chǔ)器正在加快減速。

而功率半導(dǎo)體保持堅(jiān)挺。預(yù)測(cè)整個(gè)半導(dǎo)體市場(chǎng)負(fù)增長(zhǎng)的2023年，功率半導(dǎo)體也將增長(zhǎng)5％左右。雖然規(guī)模并不大，但以EV為中心，用途多樣，并且左右節(jié)能性能的功率半導(dǎo)體的交易大。

由于預(yù)計(jì)將穩(wěn)定增長(zhǎng)，目前的投資動(dòng)向活躍。瑞薩電子投資約900億日元，重啟了關(guān)閉的工廠作為功率半導(dǎo)體用工廠，計(jì)劃到2025年將產(chǎn)能提高到2倍。日本大型半導(dǎo)體制造裝置企業(yè)迪思科（DISCO）表示：“跟市場(chǎng)減速的存儲(chǔ)器等消費(fèi)類半導(dǎo)體不同，需求旺盛”。

據(jù)Omdia介紹，功率半導(dǎo)體市場(chǎng)份額第4名以后是三菱電機(jī)（6％）及富士電機(jī)（5％）等日本企業(yè)。前三名是英飛凌科技（21％，排在第一）等歐美企業(yè)。

中國(guó)企業(yè)的追趕也很激烈。據(jù)業(yè)界團(tuán)體SEMI統(tǒng)計(jì)，中國(guó)半導(dǎo)體工廠相關(guān)新建項(xiàng)目（截至10月）中，26家新興企業(yè)中有9家將功率半導(dǎo)體列為生產(chǎn)產(chǎn)品。

杭州士蘭微電子10月籌資65億元，將用于建設(shè)SiC功率半導(dǎo)體的新生產(chǎn)線及每年可生產(chǎn)36萬枚功率半導(dǎo)體大口徑基板的生產(chǎn)線等。

英飛凌的SiC晶圓（圖片由英飛凌提供）

功率半導(dǎo)體跟邏輯半導(dǎo)體和存儲(chǔ)器不同，使用的是傳統(tǒng)的制造技術(shù)，因此制造裝置也不在美國(guó)對(duì)華制裁之列。

三菱電機(jī)功率器件制作所所長(zhǎng)巖上徹雖然說“不僅設(shè)備投資，制造工藝的改善等都需要技術(shù)”，但中國(guó)企業(yè)的大膽投資也會(huì)成為日本企業(yè)的威脅。

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省在半導(dǎo)體戰(zhàn)略中將把功率半導(dǎo)體作為重要領(lǐng)域之一。在市場(chǎng)巨變的背景下，日本企業(yè)能否繼續(xù)保持影響力將受到考驗(yàn)。