EV(電気自動車)をはじめとする電動化によって急拡大が見込まれるパワー半導体市場。メーカー各社は、増産投資に踏み切るとともに、新技術の開発を加速している。既存のSiではSiCやGaNに対抗できる技術やさらなる低コスト化のために大口径化を急ぐ。新型では、信頼性を確立するとともに、コスト競争力を高める技術の投入が始まった。

 パワー半導体メーカー各社は、Si(シリコン)と新型のデバイスのコストパフォーマンス向上に向けた開発を加速している(図1)。大手メーカーのほとんどは新型としてSiC(炭化ケイ素)を、一部はGaN(窒化ガリウム)を使った素子を開発中だ。新参企業は、縦型GaNやGa2O3(酸化ガリウム)などの材料に特化して開発を進めている。いずれも信頼性を確保した上で、コストを削減する狙いだ。次々世代として期待のかかるダイヤモンドの研究は大学が主体で企業では本格化していない。以下、各社の事業・開発戦略をみていく。

図1 Infineonと日本の大手は全方位、新興勢は特化
パワー半導体最大手のInfineonと日本のパワー半導体メーカーの製品・開発の動向。Infineonや日本の既存メーカーは、入手可能なデバイスはほぼ製品化している。〇は製品化中。△は研究開発中。×は未開発。2019年8月時点。(図:本誌)
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Infineon、全製品を次世代品まで

 車載向けや産業機器向けで最大手のドイツInfineon Technologies(インフィニオン テクノロジーズ)は、国内の大手パワー半導体メーカーからベンチマークの対象となっている。日本メーカーが比較的強いIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)市場においてもトップシェアを誇る。

 現在、製品化段階にあるパワー半導体をほとんど提供している。すなわち、高耐圧のSi-IGBTと次世代となるSiC-MOSFET、高速のSi-MOSFET(トレンチ構造で低オン抵抗化したスーパージャンクション型)と次世代の横型GaN-HEMT(高電子移動度トランジスタ)といった具合に、従来製品と新型製品をぬかりなく用意している。冷却構造やパッケージも、用途に応じて幅広く対応できるという。特定の製品を顧客に推奨することはなく、例えばEV(電気自動車)であれば電池容量が50kWh以上の車両にはSiC、それ未満にはSiが有利になるという目安を顧客に示しているとする。

 最近の大きな動きは、オーストリア・フィラッハで新たな建屋を2019年から建設し始め、300mmラインを設置することだ(図2)。2020年中に装置を導入し、2021年初めに量産を始める。車載向けを含むSi-IGBTとSi-MOSFETを需要に応じて量産する。6年間に16億ユーロの設備投資を計画している。

図2 300mm新工場が2021年稼働、SiCやGaNも
パワー半導体最大手のInfineonは、Si、SiC、GaNの製品を用意する。Siパワー半導体では低コスト化を進めるため、オーストリアに300mmラインを備える新工場を新設する(左の写真)。2021年に稼働し、2023年のフル生産を目指す。既存のドイツ・ドレスデンにある300mm工場も継続して稼働させる。右の写真は横型GaNデバイスとGaNドライバーを搭載した評価ボード。(写真:同社)
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 同社の300mm化は、特に200mmまでのラインが主体の国内メーカーにとっては大きな脅威だ。「200mmラインに対して大幅なコスト削減につながる。Infineonほどの売り上げ規模があれば300mm化に踏み切りやすいが、政府からの300mm化投資に対する補助金の影響も大きいと思う」(国内パワー半導体メーカーの事業責任者)。

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