日本頻頻加碼SiC，又一廠商宣布...

來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察綜合

2022年1月27日，富士電機(jī)表示，將增產(chǎn)功率半導(dǎo)體生產(chǎn)基地富士電機(jī)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(jì)劃在截至 2025 年 3 月的財(cái)政年度開始。
未來五年，富士電機(jī)將擴(kuò)大 8 英寸硅片前端生產(chǎn)線為中心，進(jìn)行與功率半導(dǎo)體相關(guān)的資本投資，總額 將高達(dá)1200 億日元。但是，為了應(yīng)對電動(dòng)汽車和可再生能源對功率半導(dǎo)體的需求增加，富士電機(jī)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(jì)將增加到1900億日元，”該公司表示。
01日本廠商加碼SiC，東芝擴(kuò)產(chǎn)十倍
搶攻電動(dòng)車(EV)商機(jī)、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」，其中東芝(Toshiba)傳出計(jì)劃將產(chǎn)量擴(kuò)增至10倍。
日經(jīng)新聞3日報(bào)導(dǎo)，因看好來自電動(dòng)車(EV)的需求將擴(kuò)大，也讓東芝(Toshiba)、羅沐(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(bào)導(dǎo)指出，因看好來自EV的需求有望呈現(xiàn)急速擴(kuò)大，東芝半導(dǎo)體事業(yè)子公司「東芝電子元件及儲存裝置(Toshiba Electronic Devices & Storage)」計(jì)劃在2023年度將旗下姬路半導(dǎo)體工廠的SiC功率半導(dǎo)體產(chǎn)量擴(kuò)增至2020年度的3倍、之后計(jì)劃在2025年度進(jìn)一步擴(kuò)增至10倍，目標(biāo)最遲在2030年度取得全球1成以上市占率。
另外，羅姆將投資500億日圓、目標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(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開設(shè)了一個(gè)額外的生產(chǎn)設(shè)施，這是將產(chǎn)能增加五倍以上的計(jì)劃的一部分。
富士電機(jī)考慮將SiC功率半導(dǎo)體開始生產(chǎn)的時(shí)間自原先計(jì)劃(2025年)提前半年到1年。
日本研調(diào)機(jī)構(gòu)富士經(jīng)濟(jì)(Fuji Keizai)7月9日公布調(diào)查報(bào)告指出，隨著車輛價(jià)格下滑、基礎(chǔ)設(shè)施整備完善，長期來看，EV將成為電動(dòng)化車款的主流，預(yù)估2022年EV銷售量將超越HV(油電混合車)，2035年全球EV銷售量預(yù)估將大幅擴(kuò)增至2,418萬臺、將較2020年跳增10倍(暴增約1,000%)。
富士經(jīng)濟(jì)6月10日公布調(diào)查報(bào)告指出，自2021年以后，在汽車/電子設(shè)備需求加持下，預(yù)估碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等次世代功率半導(dǎo)體市場將以每年近20%的速度呈現(xiàn)增長，2030年市場規(guī)模預(yù)估為2,490億日圓、將較2020年跳增3.8倍(成長約380%)。
其中，因汽車/電子設(shè)備需求加持，來自中國、北美、歐洲的需求揚(yáng)升，預(yù)估2030年SiC功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將擴(kuò)大至1,859億日圓、將較2020年跳增2.8倍；GaN功率半導(dǎo)體市場規(guī)模預(yù)估將擴(kuò)大至166億日圓、將較2020年飆增6.5倍；氧化鎵功率半導(dǎo)體市場規(guī)模預(yù)估為465億日圓。
法國市場研究公司 Yole Developpement 預(yù)測，到 2026 年，碳化硅功率芯片市場將比 2020 年增長六倍，達(dá)到 44.8 億美元。
02日美廠商主導(dǎo)了SiC專利
據(jù)日經(jīng)報(bào)道，美國和日本擁有碳化硅專利的前五家公司，碳化硅是一種可以擴(kuò)大電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的下一代半導(dǎo)體材料。碳化硅比硅（幾十年來芯片行業(yè)的主要材料）更硬，可以處理更高的電流，而電荷損失更少，使其成為控制電動(dòng)汽車功率流動(dòng)的芯片的更好選擇。
特斯拉率先在電動(dòng)汽車中使用碳化硅功率芯片，為新材料提供了動(dòng)力。
在供應(yīng)方面，總部位于東京的 Patent Result 的一項(xiàng)分析發(fā)現(xiàn)，總部位于美國的 Wolfspeed（前身為 Cree）在該領(lǐng)域的專利競爭力方面處于領(lǐng)先地位。但一群日本玩家緊隨其后。
位于京都的芯片制造商羅姆排名第二，其次是住友電工和三菱電機(jī)。豐田汽車集團(tuán)成員、日本頂級汽車零部件制造商電裝排在第五位。
Patent Result 的研究著眼于截至 7 月 29 日在美國發(fā)布的專利。分?jǐn)?shù)基于專利數(shù)量和它們吸引了多少關(guān)注。
根據(jù)評估，Wolfspeed 的優(yōu)勢在于碳化硅襯底和結(jié)晶方面的專利。羅姆和電裝在降低功率損耗的技術(shù)上有實(shí)力。住友電工在碳化硅晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)專利方面有優(yōu)勢，而三菱電機(jī)在半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)方面有優(yōu)勢。
日本企業(yè)將半導(dǎo)體材料視為芯片行業(yè)的一個(gè)領(lǐng)域，他們在內(nèi)存和處理器的銷售中失去了市場份額，他們?nèi)匀粨碛杏绊懥Α?/span>
除了電動(dòng)汽車，碳化硅也越來越多地用于太陽能發(fā)電系統(tǒng)等應(yīng)用中。隨著各國采取措施減少二氧化碳排放，對這種材料的需求預(yù)計(jì)將增長。
先進(jìn)的芯片材料以及具有工業(yè)價(jià)值的稀土元素已成為美國、中國、日本和其他尋求確保重要技術(shù)供應(yīng)鏈在其境內(nèi)安全的國家的關(guān)注焦點(diǎn)。
拜登政府在 6 月份的一次審查中將碳化硅命名為：“美國是部署 SiC [碳化硅] 的全球領(lǐng)導(dǎo)者，這使其成為真正具有競爭力的成功故事，這在很大程度上歸功于美國政府對幾十年?！?/span>
03功率半導(dǎo)體：日本的一張王牌
在功率元件方面占據(jù)優(yōu)勢的日本半導(dǎo)體企業(yè)有：三菱電機(jī)、富士電機(jī)、日立功率元件、東芝電子元件與存儲器件等等。中堅(jiān)企業(yè)有羅姆、產(chǎn)研電氣、新電元工業(yè)等等。 
比方說，市場調(diào)查公司Yole Developpement在2017年8月份公布了具有代表性功率元件--IGBT的top 5公司，耐壓為2,500V-3,000V范圍內(nèi)的TOP1 企業(yè)為三菱電機(jī)、TOP2為富士電機(jī)、TOP4為日立功率元件。耐壓為600V情況下，TOP3為三菱電機(jī)、TOP4為富士電機(jī)。IGBT的耐壓為400V以下的話，TOP3為東芝電子元件與存儲器件，TOP5為羅姆。
而在氧化鎵方面，日本在元件、基板等方面的研發(fā)全球領(lǐng)先。但據(jù)了解，研究氧化鎵功率元件、并進(jìn)行開發(fā)的并不是現(xiàn)在的大型、中型功率半導(dǎo)體企業(yè)！也就是說并不是我們所熟悉的三菱電機(jī)、富士電機(jī)、日立Power Device、東Device&Storage、羅姆、三星電子、新電元工業(yè)等企業(yè)。而是一些小企業(yè)。
資料顯示， 日本的功率元件方向的氧化鎵研發(fā)始于以下三位：國立研究開發(fā)法人--信息通信研究機(jī)構(gòu)（NICT：National Institute of Information and Communications Technology）的東脅正高先生、京都大學(xué)的藤田靜雄教授、田村（Tamura）制作所的倉又朗人先生。
NICT的東脅先生于2010年3月結(jié)束在美國大學(xué)的赴任并回日本，以氧化鎵功率元件作為新的研發(fā)主題并進(jìn)行構(gòu)想。京都大學(xué)的藤田教授于2008年發(fā)布了氧化鎵深紫外線檢測和Schottky Barrier Junction、藍(lán)寶石（Sapphire）晶圓上的晶膜生長（Epitaxial Growth）等研發(fā)成果后，又通過利用獨(dú)自研發(fā)的薄膜生產(chǎn)技術(shù)（Mist CVD法）致力于研發(fā)功率元件。倉又先生在田村（Tamura）制作所負(fù)責(zé)研發(fā)LED方向的氧化鎵單結(jié)晶晶圓，并考慮應(yīng)用到功率半導(dǎo)體方向。
三人的接觸與新能源·產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）于2011年度提出的“節(jié)能革新技術(shù)開發(fā)事業(yè)—挑戰(zhàn)研發(fā)（事前研發(fā)一體型）、超耐高壓氧化鎵功率元件的研發(fā)”這一委托研發(fā)事業(yè)有一定關(guān)聯(lián)，接受委托的是NICT、京都大學(xué)、田村制作所等?？梢哉f，由此開啟了功率元件的正式研發(fā)。
后來，NICT和田村制作所合作成立了風(fēng)險(xiǎn)投資企業(yè)“Novel Crystal Technology”，京都大學(xué)成立了風(fēng)險(xiǎn)投資企業(yè)“FLOSFIA”。現(xiàn)在，兩家公司都是日本氧化鎵研發(fā)的中堅(jiān)企業(yè)。 自2012年以后，業(yè)界不斷公布關(guān)于氧化稼功率元件的研發(fā)、試做成果。迄今為止，已經(jīng)試做了橫型MES FET、橫型MOS FET、Normally Off的縱型MIS FET。在SBD的試做中，已經(jīng)證明了ON電阻比碳化硅的SBD低得多！在初級試驗(yàn)階段就可以證明其性能超過碳化硅功率元件，這真是了不起！而現(xiàn)在參加研發(fā)的日本企業(yè)持續(xù)增加，且正在呈現(xiàn)出“All Japan”的景象。
隨著電動(dòng)車和各種綠化智能的需求成為主流，功率器件的重要程度日益提高，但這能否成為日本半導(dǎo)體卷土重來的底氣，那就有待后續(xù)觀察了。但從現(xiàn)在看來，中國大陸、美國、歐洲和大陸的功率器件競賽已然拉開帷幕。
04日媒：中國功率半導(dǎo)體的反擊
據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》4月9日報(bào)道，中國電子器材巨頭聞泰科技致力于實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車（EV）半導(dǎo)體的國產(chǎn)化。該公司計(jì)劃投資120億元人民幣，在上海建廠生產(chǎn)用于控制電路的功率半導(dǎo)體。此種半導(dǎo)體不在美國的制裁范圍內(nèi)，因此具有廣闊前景。中國政府為實(shí)現(xiàn)“EV強(qiáng)國”之夢，正在加速構(gòu)建關(guān)鍵部件的國內(nèi)供應(yīng)鏈。　　報(bào)道稱，聞泰科技此次同荷蘭安世半導(dǎo)體（Nexperia）合作建設(shè)的工廠將于2022年投入運(yùn)營，主要生產(chǎn)功率半導(dǎo)體和晶體管等“分立半導(dǎo)體”。工廠在生產(chǎn)過程中將使用大口徑的12寸晶圓，年產(chǎn)量可達(dá)40萬枚，將成為分立半導(dǎo)體行業(yè)的世界第一大生產(chǎn)商。
報(bào)道指出，富士電機(jī)和東芝也分別計(jì)劃投資發(fā)展功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)。
報(bào)道分析，聞泰科技之所以投入巨資，主要有以下兩方面原因：
一個(gè)原因是EV增產(chǎn)等因素造成半導(dǎo)體供應(yīng)緊張。功率半導(dǎo)體可用于控制電流和電壓，對EV和移動(dòng)通信****等領(lǐng)域而言不可或缺。
從去年秋季開始，汽車和機(jī)床所需的半導(dǎo)體在世界范圍內(nèi)供應(yīng)緊張，預(yù)計(jì)EV半導(dǎo)體的需求也會(huì)大增。據(jù)英國市場調(diào)研機(jī)構(gòu)奧姆迪亞公司估計(jì)，包括功率半導(dǎo)體在內(nèi)，分立半導(dǎo)體的市場總規(guī)模在2024年將達(dá)到285億美元，較2020年增長14%。中國已是全球最大的EV市場。如果要持續(xù)普及EV，中國必須實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體的國產(chǎn)化。
另一個(gè)原因是分立半導(dǎo)體不在美國的制裁范圍內(nèi)。分立半導(dǎo)體無需精密加工，用傳統(tǒng)制造裝置也可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。由于這些裝置在制裁名單之外，Omdia公司專家南川明認(rèn)為，中國的企業(yè)容易自主進(jìn)行設(shè)備投資。
05韓國將促進(jìn)下一代功率半導(dǎo)體自主開發(fā)搶占市場先機(jī)
韓國政府本月初表示，將促進(jìn)非硅功率半導(dǎo)體的本土開發(fā)，用于電動(dòng)汽車和其他需要功率效率和耐久性的新技術(shù)。
如此一來，韓國加入美國、中國和日本等國家的行列，均宣布促進(jìn)本土芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，包括功率半導(dǎo)體的制造。
在民間部門的配合下，韓國政府希望到2025年在國內(nèi)開發(fā)五個(gè)或更多類型的功率半導(dǎo)體進(jìn)行商業(yè)化。
與傳統(tǒng)芯片相比，功率芯片可以處理更大的電壓和電流。
韓國產(chǎn)業(yè)通商資源部在一份聲明中表示，還將積極支持民間部門在國內(nèi)建設(shè)6至8英寸晶圓芯片代工制造基礎(chǔ)設(shè)施。
“政府計(jì)劃積極支持研發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以搶占仍處于早期階段的下一代功率半導(dǎo)體市場，并建立一個(gè)堅(jiān)實(shí)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，”韓國產(chǎn)業(yè)通商資源部長官成允模在聲明中表示。