功率半導體,我們與日本的差距,還很遠

近日接觸了一些半導體行業的人士,深入討論了半導體行業的二三事,其實很多人也算是明白人,知道我們與日本的差距在哪裡。但是似乎網絡上流行一種“老子天下無敵”的思想,其實這種思想還是挺危險的。畢竟知己知彼,才可以百戰不殆。日本半導體行業發展了幾十年,大大小小的公司著實不少。可是猛然地說起,似乎也說不出來幾家。加上,近幾年作為代表日本半導體行業的“內存”行業呈現斷崖式下跌。特別是DRAM廠家,1980年代日本傲視全球,2000年如斷了線的風箏。現在能夠想到日本半導體的大廠家,也只有Kioxia(以前的東芝公司)了 。

其實半導體還分為很多種,今天的主角是“功率半導體”,日本在功率半導體方面,依舊十分強悍!

強勢的半導體領域:功率半導體

功率半導體,很多人接觸這個詞語的機會很少,因為單獨一個這個部品,是無法使用的。功率半導體在日本叫做“パワー半導體デバイス”。閃存和微處理器等部件,是處理信號,而功率半導體處理的是“電”本身。所有的電子產品,都會用到功率半導體,比如PC、服務器、手機、平板、TV、冰箱、洗衣機等。我們身邊圍繞著許多電子設備,裡面都會用到功率半導體。因為電子產品必然會有電路,而控制電源電路,就需要用到功率半導體。其規格要求雖然會根據用途不同而不同,但是共通的發展方向是低價格、低消耗、小型輕量化。

功率半導體,我們與日本的差距,還很遠

與一般的半導體產品相同,功率半導體分為客製品和常規品。低耐壓、小容量的功率半導體多是常規品,而高耐壓以及大容量的產品,多是定製品。日本廠家擅長的領域,就是高耐壓、大容量的產品。構成電子電路所需要的半導體有兩類:晶體管和二極管。晶體管大致上有晶閘管、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、Power MOSFET(電力場效應晶體管)等。最古老的就是晶閘管,可以說:晶閘管的發明帶動了電子電路的歷史。接下來登場的就是Power MOSFET。Power MOSFET的結構較為簡單,開關速度很快,工作頻率高,但是其耐電壓以及電力容量要遠遠小於傳統的晶閘管。最後登場的是IGBT,IGBT具有晶閘管和Power MOSFET的優點,即耐高壓和高速。最近IGBT不斷進化,大有奪取傳統晶閘管市場的趨勢。

日本功率半導體的企業群

日本功率半導體企業在全球份額十分耀眼,三菱電機、富士電機、日立Power Semiconductor Device、羅姆(ROHM)株式會社、三墾電氣、新電元工業等。比如前文中提到的IGBT功率半導體企業,在2500V~3000V的高耐壓環境下,三菱電機和富士電機排名世界TOP2。

功率半導體,我們與日本的差距,還很遠

日系企業與國際企業比例

90年代,日本企業依然保持著世界半導體行業的頭等份額,但是隨著DRAM行業低迷,系統LSI在2000年以後也滑落,所以現在整個半導體市場,日系企業只佔據了11%左右的份額。但是在功率半導體方面,日系企業佔據了40%左右的比例,其中IGBT以及IGBT模組方面份額較高。日本企業在功率半導體方面能夠保持著高份額的原因,我認為主要有兩點:

  1. 對應全球最具有競爭力的終端客戶,規格要求嚴格:日本是一個能源匱乏型國家,在節省能源方面要求也最為嚴格。而功率半導體,是節省能源方面關鍵的部品之一,雖然現在有很多課題需要解決,可是日本積累的技術沉澱,還是十分深厚。1998年,日本大幅度修改了節能減排的法律,各個企業的環境意識大幅度提高,對於更加高精度功率半導體的追求,超過世界上許多國家;
  2. 製造技術的積累,使得日本能夠擺脫價格戰:電子系半導體產品,當達到一定性能以後,只能走入價格戰才能夠獲得市場,內存行業就是一個活生生的例子。但是功率半導體則很難陷入這種怪圈,因為功率半導體生產的前後工序,有很多客製化技術點,日本企業針對客製化要求,開發不同的生產工藝,其技術門檻非常高。另外,材料以及製造設備等需要很深厚的技術積累才可以做到無縫匹配,單單的以資金購買,著實難以加入競爭。
功率半導體,我們與日本的差距,還很遠

IGBT領域,三菱電機和富士電機十分強勢。低電壓帶,ON Semi(安森美半導體)位居第一,可是從600V~1700V的領域,德國Infineon(英飛凌)公司佔據主導地位;在2500V以上,三菱和富士電機份額很大。

未來日本功率半導體廠家動向

眼前日本佔據全球較大的份額,日本各大廠家並未放鬆對於未來的規劃。

  • 慎重且堅挺的富士電機
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富士電機發表了2023年的中期計劃,在中期計劃中顯示2023年度營業額超過1兆日元,營業利益800億日元,行業內人士紛紛表示驚訝,可是深入分析並不是空穴來風。未來富士電機將會重點投資功率半導體領域,2019年~2023年預計每年平均投資達到400~500億日元。富士電機是豐田系企業之一,大多面向豐田。該公司在2015年度投資74億日元,2016年度投資89億日元,2017年度投資達到111億日元,每年都在小幅度的提升。但是2018年度投資達到332億日元,是為了加大EV汽車功率半導體量產計劃。在IGBT和二極管領域,繼續單核化;也在推進溝槽型MOSFET的量產。

  • 規避投資風險的三菱電機
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另一方面,作為世界IGBT王者的三菱電機,近年的投資有所減少。2013年度,三菱電機投資了360億日元,2014年度以後,每年保持在100~165億日元的投資水平。目前三菱電機的基本理念是規避投資風險,資源外包。2019年3月期,三菱電機在半導體領域的銷售額大約為2000億日元,是日本第八位。但是值得注意的是,2018年度三菱電機果斷投資552億日元,轉為積極態度。其背景是該公司的SiC功率半導體開發完成。

  • 繼續擴大的ROHM
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ROHM可以說完全是以SiC為主要武器,該公司在2016年度投資421億日元,2017年度投資559億日元,2018年度投資780億日元。在福岡縣筑後修建新工廠,在宮崎工廠建設新導入新產線。其目標是,2021年達到現有生產能力的3倍,月產12000枚(按照6inch換算)。ROHM內部,其實已經有人提出在SiC領域,超過Wolfspeed成為世界第一的口號。ROHM在未來三年預計投資2500億日元,從瑞薩手中買來的滋賀縣工廠也將投入8inch產線。

  • 其他

東芝也預計擴大8inch的生產線,企圖打造一個具有月產15萬枚,以IGBT為核心的業務線。提出2021年在分立型半導體元件上的銷售額達到2000億日元的目標!

三墾電氣2018年度在半導體領域的銷售額是1518億日元,面向汽車廠的銷售額為794億日元。2018年~2020年度設備投資總額達到440億日元,預計將會擴大山形縣和美國子公司的8inch生產能力。

新電元工業也提出了“車載”的口號,之前是以整流二極管為中心,後續會以IC為主要發展對象。加上現存的二極管業務,該公司提出在MOSFET以及功率半導體產品50%車載化的口號。

電裝的半導體工廠可以說是豐田的御用工廠,該公司的半導體部門的銷售額並未公佈,業內人士推測至少達到3000億日元。其中50%的銷售額在半導體傳感器,剩餘50%的份額就是ASIC和功率半導體。

結束語

日本半導體可以說是影響著全球的電子產品,前文中出現的許多公司或許一般讀者並不能理解其所在半導體行業的重要性,但是我們需要深知,日本半導體還有著許多我們可以學習的地方,不能夠僅從表面就判斷日本半導體行業即將衰退!本

篇文章注重分析了日本功率半導體廠家的一些情況,後續文章我將會重點討論日本功率半導體行業未來的發展方向,即碳素硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等第三代半導體材料。希望各位讀者能夠繼續關注!


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