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

日本的羅姆（ROHM）建在福岡縣筑后市的新生產(chǎn)廠房正在進行SiC功率半導體的量產(chǎn)準備。大部分制造設備已于2021年引進完畢，進入2022年后，開始反復進行試制和評測。

羅姆將提前量產(chǎn)SiC功率半導體

羅姆社長松本功表示，“純電動汽車普及等脫碳動向比預想的時間提前了兩年左右”，目前該公司正在加緊建立量產(chǎn)體制。法國調(diào)查公司Yole的統(tǒng)計顯示，2021年羅姆的SiC功率半導體份額達到約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，“爭取到2025年度使份額上升至世界第一”（松本社長）。

羅姆的SiC功率半導體

功率半導體起到電流流動或者停止的“開關”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，智能手機充電器就需要對插座輸出的電流進行轉(zhuǎn)換。充電器發(fā)熱，相當于在該工作過程中產(chǎn)生的電力損耗。如果功率半導體的性能提高，就可以減少損耗，以較小的耗電量驅(qū)動電氣產(chǎn)品。

全球約一半電力需求來自馬達

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

備受關注的是晶圓使用SiC材料的功率半導體。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)技術已經(jīng)確立，供應鏈已開始完善。

豐田和本田將在純電動汽車上采用SiC功率半導體

SiC功率半導體在純電動汽車等領域的需求迅速增加，正在進入普及期。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”純電動汽車“RZ”配備的逆變器中使用SiC功率半導體。本田也打算于2026年在中大型純電動汽車的逆變器中采用SiC產(chǎn)品。

Yole的統(tǒng)計顯示，在SiC功率半導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、富士電機、東芝等。由東芝和三菱電機等共同開發(fā)的產(chǎn)品，已被JR東海的東海道新干線列車“N700S”的馬達驅(qū)動系統(tǒng)采用，日本企業(yè)的技術實力逐步提高。

海外企業(yè)的SiC功率半導體份額擁有領先優(yōu)勢?？偛吭谌鹗康?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/意法半導體/" target="_blank">意法半導體（ST Microelectronics）的SiC市場份額達到約40％，位列全球首位。該公司的SiC功率半導體已經(jīng)迅速被美國特斯拉的主力純電動汽車“Model 3”的部分產(chǎn)品采用。意法半導體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體備受關注

新一代功率半導體方面，氮化鎵（GaN）基板材料也備受關注。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基板能實現(xiàn)實用化，還可以承受跟SiC同等以上的高電壓，用途將擴大到EV等。也有人期待其成為可以比SiC提高性能的實力技術。

在GaN功率半導體領域，日本企業(yè)的優(yōu)勢在于基礎技術。據(jù)日本專利廳統(tǒng)計，2000～2019年在世界上申請的相關專利，日本企業(yè)占4成。在GaN基板領域，三菱化學集團將與日本制鋼所合作，預計2023年初實現(xiàn)量產(chǎn)，住友化學最早2024年度實現(xiàn)量產(chǎn)。

2014年因開發(fā)藍色發(fā)光二極管（LED）而共同獲得諾貝爾物理學獎的名古屋大學的天野浩教授認為應該積極開發(fā)GaN，表示“日本的優(yōu)勢在于材料和器件等”。

化學及材料等知識的積累將左右功率半導體的競爭力。量產(chǎn)所需要的投資規(guī)模也比尖端邏輯（運算）半導體等要小，有很多參與者涉足該領域。日本要想充分利用企業(yè)占優(yōu)勢的基礎技術，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爭力。

功率半導體用途廣，市場仍將增長

功率半導體的特點是用途多樣。不僅用于純電動汽車（EV），還用于家電、鐵路車輛、工業(yè)機械及可再生能源相關設備等需要電氣控制的所有機器。

三菱電機功率器件制作所所長巖上徹說：“要想實現(xiàn)碳中和，需要有利于節(jié)能的功率半導體，今后市場將迅猛增長”。

英國調(diào)查公司Omdia預計，2027年的市場規(guī)模將達到約290億美元，是2020年的近2倍。雖說目前碳化硅（SiC）半導體在迅猛增長，但傳統(tǒng)的硅（Si）半導體仍占市場的9成以上，仍是主流。

半導體市場迎來“硅周期”，進入低迷狀態(tài)。受智能手機及個人電腦供貨量減少的影響，占整個市場7成的運算半導體使用的邏輯半導體和存儲用存儲器正在加快減速。

而功率半導體保持堅挺。預測整個半導體市場負增長的2023年，功率半導體也將增長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)能性能的功率半導體的交易大。

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

據(jù)Omdia介紹，功率半導體市場份額第4名以后是三菱電機（6％）及富士電機（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)。

中國企業(yè)的追趕也很激烈。據(jù)業(yè)界團體SEMI統(tǒng)計，中國半導體工廠相關新建項目（截至10月）中，26家新興企業(yè)中有9家將功率半導體列為生產(chǎn)產(chǎn)品。

杭州士蘭微電子10月籌資65億元，將用于建設SiC功率半導體的新生產(chǎn)線及每年可生產(chǎn)36萬枚功率半導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）

功率半導體跟邏輯半導體和存儲器不同，使用的是傳統(tǒng)的制造技術，因此制造裝置也不在美國對華制裁之列。

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

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