日本半導體廠商羅姆（ROHM）將開始正式量産歷經20年開發的新一代功率半導體。這種産品使用碳化矽（SiC）材料，與以往的矽産品相比，可使電力損耗減至一半以下。該公司將開拓純電動汽車（EV）及醫療等新用途市場。在經歷了家電用半導體低迷等蟄伏期之後，羅姆試圖再次走上增長軌道。

 

  

      「由於脫碳化和資源價格高漲，汽車的電動化需求增強，碳化矽産品的需求提前了兩年」，羅姆社長松本功説。該公司計劃到2025財年（截至2026年3月）最高向碳化矽功率半導體投資2200億日元。這是投資額增加到了2021年時計劃的4倍。

 

      碳化矽受到全球純電動汽車相關人士的關注。它是作為玻璃材料的矽和碳在1000度以上的高溫下結合而成的物質，硬度僅次於鑽石等，在地球上排名第三。其可耐受高電壓，被用作切換或控制電力的功率半導體的材料。

 

      與普通半導體使用的矽相比，即便在約10倍的高電壓下，碳化矽也能保持絕緣性。由於耐受高電壓，可使半導體縮小尺寸並減小厚度，電阻也能降低。與矽相比，能使電力損耗減至一半以下。

 

      目標是獲得30％的全球份額

 

      2022年春，在羅姆設在福岡縣南部的主力基地——羅姆阿波羅築後工廠（位於該縣築後市），一棟白色外牆的新廠房落成。這是日本國內企業首次建設的碳化矽功率半導體專用新廠房，最快在2022年內就將投産。

 

      新廠房由兩層結構的無塵室組成，生産現場幾乎看不到人影。身穿白色防塵服的工作人員只需偶爾操作一下儀表，吊在天花板軌道上的輸送機就會四處移動，不停地加工碳化矽基板。該廠房的目標是實現24小時自動生産。

 

      如果滿負荷生産，預計可實現年銷售額達到1100億日元以上。這是羅姆制定的2025財年碳化矽功率半導體的生産目標。目前羅姆的碳化矽功率半導體全球份額為14％左右。德國英飛淩科技 (Infineon Technologies）和瑞士意法半導體（ST Microelectronics）等是該公司的強大競爭對手。松本社長認為，通過建設新工廠等增産投資，該公司的份額可提高到30％，「有望拿下份額世界第一」。

 

      碳化矽功率半導體市場正在迅速崛起。羅姆首先瞄準的用途是純電動汽車。

  

 

      純電動汽車使用功率半導體來進行馬達控制、電池充放電以及向週邊設備供電。如果將轉換效率為90％的矽功率半導體換成碳化矽産品，轉換效率將提高到95％。整個純電動汽車的續航距離將延長10％左右。

  

      羅姆2022年4月發佈消息稱，美國新興純電動汽車製造商Lucid Group的車輛已確定採用該公司的産品。松本社長表示「目前還在以日本和歐洲廠商採用我們的産品為目標進行協商」。2021年，羅姆與中國大型汽車零部件企業「正海集團」（山東省）成立了合資公司。最早將於今年年內開始生産使用碳化矽的電流轉換零部件等，向中國汽車製造商供貨。

  

      碳化矽功率半導體正在成為羅姆再次實現增長的驅動力。

 

      2000年代以後，羅姆曾陷入長期停滯期。創立於1954年的羅姆從電阻器製造商起家，電阻器由佐藤研一郎開發，他在大學畢業後創立了這家企業。後來涉足家電用半導體「訂製IC（積體電路）」領域，到90年代獲得長足發展。市值曾一度達到5萬億日元，是現在的約4倍。

  

      但2000年初IT泡沫破滅後，隨著日本家電製造商的衰退，羅姆為需求減少而苦惱不已。松本社長回憶道「之前曾被稱為‘訂製化企業羅姆’，但當時必須尋找新市場」。

 

      採用垂直整合生産模式

 

      為了開拓汽車等新用途市場，羅姆此前一直大力開發的正是碳化矽功率半導體。90年代開始與京都大學等開展共同研究。致力於共同研究的京都大學名譽教授松波弘之稱，在日美貿易摩擦激烈的90年代，「（日本）通商産業省（當時）提供的預算下不來，只能利用近畿通産局的其他名目的預算持續開展了研究」。松波教授説「因為很早就開始進行共同研究，所以在量産技術上走在了前面」。

 

      羅姆在開發和生産兩個方面堅持投資的做法正在結出碩果。2009年該公司收購了生産半導體原料——碳化矽晶圓的德國SiCrystal。甚至連轉換零部件和週邊模組都由羅姆自己開發。海外大企業往往把原料生産和半導體及週邊零部件的開發分割開來。一方面，羅姆可以與純電動汽車製造企業磋商之後再進行開發等，「優勢在於可通過垂直整合模式進行品質管理」（松本社長）。

 

      1988年，日本半導體産業的全球份額達到最高（50％），目前已降至10％左右。過去日本企業曾在記憶體等領域處於領先地位，但90年代以後被台灣和南韓企業趕超。

  

      在這種情況下，日本企業至今仍在功率半導體領域佔有約30％的份額，依然具備競爭力。除了汽車以外，碳化矽産品還有望在電力系統轉換和家電等廣泛領域普及。羅姆的增産投資也左右著日本半導體産業未來的成敗。

 

      車載半導體全球市場規模2030年將達1萬億日元

 

      因脫碳需求高漲，碳化矽功率半導體市場將迅速擴大。據日本矢野經濟研究所預測，到2030年，嵌有功率半導體的車載用零部件的全球市場規模將擴大至1.03萬億日元，達到2021年的約4倍。其中，碳化矽産品的佔比將達到55％，超過矽産品。

  

羅姆的碳化矽功率半導體

   

      將來碳化矽功率半導體的用途也將擴大到車載以外的領域。京都大學名譽教授松波弘之稱，用途「還有可能擴大到可再生能源等供電系統、醫療器械、普通電氣化産品」。

 

      在醫療領域，通過照射中子射線來破壞癌細胞的新療法「硼中子俘獲治療技術（BNCT）」備受關注。如果使用可耐受高電壓的碳化矽功率半導體，就能使加速器的尺寸縮小，裝置的引入費用也可降低到20億日元左右，僅為原來的幾分之一。羅姆已向初創企業「福島碳化矽應用技研」（位於福島縣楢葉町）出資，為在京都府立醫科大學附屬醫院開展的臨床試驗提供支援。

 

      在碳化矽功率半導體領域，羅姆與歐美半導體大企業之間的競爭日益激烈。據英國調查公司Omdia統計，目前羅姆的功率半導體全球份額排在第10位，單就碳化矽産品而言，排在第4位左右。純電動汽車用途方面，美國特斯拉採用了瑞士意法半導體的産品，南韓現代汽車則採用德國英飛淩科技的産品。

 

      碳化矽功率半導體的增産投資也十分活躍。英飛淩在馬來西亞投資2800億日元建廠，打算2024年投産。意法半導體在義大利建設的新廠房將於2023年投入使用。

 

      不過，在製造設備的設置等方面，碳化矽功率半導體需要進行與使用矽的傳統半導體生産不同的設置。即便建設了工廠，生産線也需要花費以年為單位的時間才能正式投産。

 

      羅姆計劃2022年搶在世界大型企業前提高産能。使新廠房儘快步入正軌，以獲得大型訂單等，能在多大程度上率先抓住客戶將對公司發展起到關鍵作用。

 

      圍繞新一代功率半導體，使用化合物「氮化鎵（GaN）」的基板開發也備受關注。其頻率高於碳化矽，可以縮小充電器的尺寸或者減少零部件的數量。雖然碳化矽半導體在量産方面處於領先地位，但如果氮化鎵的開發取得進展，就會成為與碳化矽競爭的半導體。

 

      打算憑藉碳化矽功率半導體來實現增長的羅姆，可以説是在和時間賽跑。

   

      日本經濟新聞（中文版：日經中文網）京都支社 新田榮作

  

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