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      日本半导体厂商罗姆(ROHM)将开始正式量产历经20年开发的新一代功率半导体。这种产品使用碳化硅(SiC)材料,与以往的硅产品相比,可使电力损耗减至一半以下。该公司将开拓纯电动汽车(EV)及医疗等新用途市场。在经历了家电用半导体低迷等蛰伏期之后,罗姆试图再次走上增长轨道。

 

  

      “由于脱碳化和资源价格高涨,汽车的电动化需求增强,碳化硅产品的需求提前了两年”,罗姆社长松本功说。该公司计划到2025财年(截至2026年3月)最高向碳化硅功率半导体投资2200亿日元。这是投资额增加到了2021年时计划的4倍。

 

      碳化硅受到全球纯电动汽车相关人士的关注。它是作为玻璃材料的硅和碳在1000度以上的高温下结合而成的物质,硬度仅次于钻石等,在地球上排名第三。其可耐受高电压,被用作切换或控制电力的功率半导体的材料。

 

      与普通半导体使用的硅相比,即便在约10倍的高电压下,碳化硅也能保持绝缘性。由于耐受高电压,可使半导体缩小尺寸并减小厚度,电阻也能降低。与硅相比,能使电力损耗减至一半以下。

 

      目标是获得30%的全球份额

 

      2022年春,在罗姆设在福冈县南部的主力基地——罗姆阿波罗筑后工厂(位于该县筑后市),一栋白色外墙的新厂房落成。这是日本国内企业首次建设的碳化硅功率半导体专用新厂房,最快在2022年内就将投产。

 

      新厂房由两层结构的无尘车间组成,生产现场几乎看不到人影。身穿白色防尘服的工作人员只需偶尔操作一下仪表,吊在天花板轨道上的输送机就会四处移动,不停地加工碳化硅基板。该厂房的目标是实现24小时自动生产。

 

      如果满负荷生产,预计可实现年销售额达到1100亿日元以上。这是罗姆制定的2025财年碳化硅功率半导体的生产目标。目前罗姆的碳化硅功率半导体全球份额为14%左右。德国英飞凌科技 (Infineon Technologies)和瑞士意法半导体(ST Microelectronics)等是该公司的强大竞争对手。松本社长认为,通过建设新工厂等增产投资,该公司的份额可提高到30%,“有望拿下份额世界第一”。

 

      碳化硅功率半导体市场正在迅速崛起。罗姆首先瞄准的用途是纯电动汽车。

  

 

      纯电动汽车使用功率半导体来进行马达控制、电池充放电以及向外围设备供电。如果将转换效率为90%的硅功率半导体换成碳化硅产品,转换效率将提高到95%。整个纯电动汽车的续航距离将延长10%左右。

  

      罗姆2022年4月发布消息称,美国新兴纯电动汽车制造商Lucid Group的车辆已确定采用该公司的产品。松本社长表示“目前还在以日本和欧洲厂商采用我们的产品为目标进行协商”。2021年,罗姆与中国大型汽车零部件企业“正海集团”(山东省)成立了合资公司。最早将于今年年内开始生产使用碳化硅的电流转换零部件等,向中国汽车制造商供货。

  

      碳化硅功率半导体正在成为罗姆再次实现增长的驱动力。

 

      2000年代以后,罗姆曾陷入长期停滞期。创立于1954年的罗姆从电阻器制造商起家,电阻器由佐藤研一郎开发,他在大学毕业后创立了这家企业。后来涉足家电用半导体“定制IC(集成电路)”领域,到90年代获得长足发展。市值曾一度达到5万亿日元,是现在的约4倍。

  

      但2000年初IT泡沫破灭后,随着日本家电制造商的衰退,罗姆为需求减少而苦恼不已。松本社长回忆道“之前曾被称为‘定制化企业罗姆’,但当时必须寻找新市场”。

 

      采用垂直整合生产模式

 

      为了开拓汽车等新用途市场,罗姆此前一直大力开发的正是碳化硅功率半导体。90年代开始与京都大学等开展共同研究。致力于共同研究的京都大学名誉教授松波弘之称,在日美贸易摩擦激烈的90年代,“(日本)通商产业省(当时)提供的预算下不来,只能利用近畿通产局的其他名目的预算持续开展了研究”。松波教授说“因为很早就开始进行共同研究,所以在量产技术上走在了前面”。

 

      罗姆在开发和生产两个方面坚持投资的做法正在结出硕果。2009年该公司收购了生产半导体原料——碳化硅晶圆的德国SiCrystal。甚至连转换零部件和外围模块都由罗姆自己开发。海外大企业往往把原料生产和半导体及外围零部件的开发分割开来。一方面,罗姆可以与纯电动汽车制造企业磋商之后再进行开发等,“优势在于可通过垂直整合模式进行品质管理”(松本社长)。

 

      1988年,日本半导体产业的全球份额达到最高(50%),目前已降至10%左右。过去日本企业曾在存储器等领域处于领先地位,但90年代以后被台湾和韩国企业赶超。

  

      在这种情况下,日本企业至今仍在功率半导体领域占有约30%的份额,依然具备竞争力。除了汽车以外,碳化硅产品还有望在电力系统转换和家电等广泛领域普及。罗姆的增产投资也左右着日本半导体产业未来的成败。

 

      车载半导体全球市场规模2030年将达1万亿日元

 

      因脱碳需求高涨,碳化硅功率半导体市场将迅速扩大。据日本矢野经济研究所预测,到2030年,嵌有功率半导体的车载用零部件的全球市场规模将扩大至1.03万亿日元,达到2021年的约4倍。其中,碳化硅产品的占比将达到55%,超过硅产品。

  

罗姆的碳化硅功率半导体

   

      将来碳化硅功率半导体的用途也将扩大到车载以外的领域。京都大学名誉教授松波弘之称,用途“还有可能扩大到可再生能源等供电系统、医疗器械、普通电气化产品”。

 

      在医疗领域,通过照射中子射线来破坏癌细胞的新疗法“硼中子俘获治疗技术(BNCT)”备受关注。如果使用可耐受高电压的碳化硅功率半导体,就能使加速器的尺寸缩小,装置的引入费用也可降低到20亿日元左右,仅为原来的几分之一。罗姆已向初创企业“福岛碳化硅应用技研”(位于福岛县楢叶町)出资,为在京都府立医科大学附属医院开展的临床试验提供支持。

 

      在碳化硅功率半导体领域,罗姆与欧美半导体大企业之间的竞争日益激烈。据英国调查公司Omdia统计,目前罗姆的功率半导体全球份额排在第10位,单就碳化硅产品而言,排在第4位左右。纯电动汽车用途方面,美国特斯拉采用了瑞士意法半导体的产品,韩国现代汽车则采用德国英飞凌科技的产品。

 

      碳化硅功率半导体的增产投资也十分活跃。英飞凌在马来西亚投资2800亿日元建厂,打算2024年投产。意法半导体在意大利建设的新厂房将于2023年投入使用。

 

      不过,在制造设备的设置等方面,碳化硅功率半导体需要进行与使用硅的传统半导体生产不同的设置。即便建设了工厂,生产线也需要花费以年为单位的时间才能正式投产。

 

      罗姆计划2022年抢在世界大型企业前提高产能。使新厂房尽快步入正轨,以获得大型订单等,能在多大程度上率先抓住客户将对公司发展起到关键作用。

 

      围绕新一代功率半导体,使用化合物“氮化镓(GaN)”的基板开发也备受关注。其频率高于碳化硅,可以缩小充电器的尺寸或者减少零部件的数量。虽然碳化硅半导体在量产方面处于领先地位,但如果氮化镓的开发取得进展,就会成为与碳化硅竞争的半导体。

 

      打算凭借碳化硅功率半导体来实现增长的罗姆,可以说是在和时间赛跑。

   

      日本经济新闻(中文版:日经中文网)京都支社 新田荣作

  

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