功率半导体日本有优势，中国大举投资

用于控制电力的功率半导体的新一代产品已进入普及阶段。使用碳化硅（SiC）的半导体以纯电动汽

用于控制电力的功率半导体的新一代产品已进入普及阶段。使用碳化硅（SiC）的半导体以纯电动汽车（EV）为中心需求猛增，丰田等车企也计划在新车上采用。氮化镓（GaN）基板的开发也朝着商用化的方向取得进展。由于是左右电子设备低功耗性能、对脱碳起到关键作用的核心器件，投资竞争也日趋白热化。

日本的罗姆（ROHM）建在福冈县筑后市的新生产厂房正在进行SiC功率半导体的量产准备。大部分制造设备已于2021年引进完毕，进入2022年后，开始反复进行试制和评测。

罗姆将提前量产SiC功率半导体

罗姆社长松本功表示，“纯电动汽车普及等脱碳动向比预想的时间提前了两年左右”，目前该公司正在加紧建立量产体制。法国调查公司Yole的统计显示，2021年罗姆的SiC功率半导体份额达到约10％，排在全球第4位。罗姆提出了借助新生产厂房将份额提高到30％的目标，“争取到2025年度使份额上升至世界第一”（松本社长）。

罗姆的SiC功率半导体

功率半导体起到电流流动或者停止的“开关”作用。即便在同一产品内，不同零部件也需要在不同的电压及电流等条件下工作，因此需要将直流电转换为交流电，或者调整电压。

比如，智能手机充电器就需要对插座输出的电流进行转换。充电器发热，相当于在该工作过程中产生的电力损耗。如果功率半导体的性能提高，就可以减少损耗，以较小的耗电量驱动电气产品。

全球约一半电力需求来自马达

据日本经济产业省的数据，全球电力需求的约一半来自马达。使用功率半导体驱动马达旋转的设备的工作效率得到改善会带来很大效果。日本经济产业省预测，通过改善功率半导体的性能，日本每年可减排超过983万吨（到2050年）的二氧化碳。每年的减排量可达到2020年度总排放量（10.44亿吨）的1％。

备受关注的是晶圆使用SiC材料的功率半导体。SiC是碳和硅的化合物，不仅硬度高，而且耐热性和耐用性出色。因此可承受高电压和高电流。

SiC材料需要人工合成生产，稳定生产和加工门槛很高。虽然目前在成本方面与硅材料存在数倍的差距，但大口径晶圆方面的量产技术已经确立，供应链已开始完善。

丰田和本田将在纯电动汽车上采用SiC功率半导体

SiC功率半导体在纯电动汽车等领域的需求迅速增加，正在进入普及期。日本汽车企业也纷纷采用。丰田在2022年冬季以后上市的“雷克萨斯”纯电动汽车“RZ”配备的逆变器中使用SiC功率半导体。本田也打算于2026年在中大型纯电动汽车的逆变器中采用SiC产品。

Yole的统计显示，在SiC功率半导体全球份额排名前十的企业中，日本企业除罗姆外，还有三菱电机、富士电机、东芝等。由东芝和三菱电机等共同开发的产品，已被JR东海的东海道新干线列车“N700S”的马达驱动系统采用，日本企业的技术实力逐步提高。

海外企业的SiC功率半导体份额拥有领先优势。总部在瑞士的意法半导体（ST Microelectronics）的SiC市场份额达到约40％，位列全球首位。该公司的SiC功率半导体已经迅速被美国特斯拉的主力纯电动汽车“Model 3”的部分产品采用。意法半导体10月还宣布了在意大利新建SiC晶圆工厂的消息。

GaN也作为新一代功率半导体备受关注

新一代功率半导体方面，氮化镓（GaN）基板材料也备受关注。GaN是氮和镓的化合物，拥有比SiC更稳定的结构，可以提高频率。

如果提高频率，就能更精细地控制电力，可以使调整所需要的外围零部件等缩小尺寸或者减少数量。随着电力控制容易发生电力损耗，但GaN可以减小这种损耗。适用于方便携带和容易安装的充电器及基站等小型产品。

不过，由于很难制造高品质的晶体，目前基板使用的是硅。如果GaN基板能实现实用化，还可以承受跟SiC同等以上的高电压，用途将扩大到EV等。也有人期待其成为可以比SiC提高性能的实力技术。

在GaN功率半导体领域，日本企业的优势在于基础技术。据日本专利厅统计，2000～2019年在世界上申请的相关专利，日本企业占4成。在GaN基板领域，三菱化学集团将与日本制钢所合作，预计2023年初实现量产，住友化学最早2024年度实现量产。

2014年因开发蓝色发光二极管（LED）而共同获得诺贝尔物理学奖的名古屋大学的天野浩教授认为应该积极开发GaN，表示“日本的优势在于材料和器件等”。

化学及材料等知识的积累将左右功率半导体的竞争力。量产所需要的投资规模也比尖端逻辑（运算）半导体等要小，有很多参与者涉足该领域。日本要想充分利用企业占优势的基础技术，行业重组及并购（M&A）等战略将左右今后在世界上的竞争力。

功率半导体用途广，市场仍将增长

功率半导体的特点是用途多样。不仅用于纯电动汽车（EV），还用于家电、铁路车辆、工业机械及可再生能源相关设备等需要电气控制的所有机器。

三菱电机功率器件制作所所长岩上彻说：“要想实现碳中和，需要有利于节能的功率半导体，今后市场将迅猛增长”。

英国调查公司Omdia预计，2027年的市场规模将达到约290亿美元，是2020年的近2倍。虽说目前碳化硅（SiC）半导体在迅猛增长，但传统的硅（Si）半导体仍占市场的9成以上，仍是主流。

半导体市场迎来“硅周期”，进入低迷状态。受智能手机及个人电脑供货量减少的影响，占整个市场7成的运算半导体使用的逻辑半导体和存储用存储器正在加快减速。

而功率半导体保持坚挺。预测整个半导体市场负增长的2023年，功率半导体也将增长5％左右。虽然规模并不大，但以EV为中心，用途多样，并且左右节能性能的功率半导体的交易大。

由于预计将稳定增长，目前的投资动向活跃。瑞萨电子投资约900亿日元，重启了关闭的工厂作为功率半导体用工厂，计划到2025年将产能提高到2倍。日本大型半导体制造装置企业迪思科（DISCO）表示：“跟市场减速的存储器等消费类半导体不同，需求旺盛”。

据Omdia介绍，功率半导体市场份额第4名以后是三菱电机（6％）及富士电机（5％）等日本企业。前三名是英飞凌科技（21％，排在第一）等欧美企业。

中国企业的追赶也很激烈。据业界团体SEMI统计，中国半导体工厂相关新建项目（截至10月）中，26家新兴企业中有9家将功率半导体列为生产产品。

杭州士兰微电子10月筹资65亿元，将用于建设SiC功率半导体的新生产线及每年可生产36万枚功率半导体大口径基板的生产线等。

英飞凌的SiC晶圆（图片由英飞凌提供）

功率半导体跟逻辑半导体和存储器不同，使用的是传统的制造技术，因此制造装置也不在美国对华制裁之列。

三菱电机功率器件制作所所长岩上彻虽然说“不仅设备投资，制造工艺的改善等都需要技术”，但中国企业的大胆投资也会成为日本企业的威胁。

日本经济产业省在半导体战略中将把功率半导体作为重要领域之一。在市场巨变的背景下，日本企业能否继续保持影响力将受到考验。