テクノロジー半導体 空前の特需

パワー半導体 自動車電動化で市場拡大 三菱電機、富士電機、ローム=津田建二

     パワー半導体とは1ワット以上の電力を扱う半導体のことで、モーターを駆動させたり、交流電力を直流に変えたり、あるいはその逆の変換を行ったりする。シリコン半導体の進化とともに取り扱える電圧は1000ボルト以上になり、産業機械や電車、バスなど大きな動力のモーターを動かすことができる。

     OMDIAの調査によると、パワー半導体の売り上げ世界上位10社の内、三菱電機、東芝、富士電機、ルネサスエレクトロニクス、ロームと5社を日本メーカーが占めている。日本メーカーは、自社およびグループ内に産業機械などの顧客がいる強みを生かして、産業用パワー半導体で優位を保っている。

     最近、パワー半導体が期待されているのは、電気自動車(EV)市場である。これまでの産業用のパワー半導体市場の年率の伸びは3~4%程度だった。しかし、EVで市場規模が一気に拡大する。EV用のパワー半導体市場は大きなモーターを動かすためのインバーター回路だけではない(図)。ブレーキを踏むと回生回路を通してバッテリーを充電するが、そのための充電回路や、ヘッドランプのLED化に必要なドライブ回路、始動発動機などで大量にパワー半導体が使われる。

     また、シリコン半導体では電流を増やすためにIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)と呼ばれるトランジスタが使われるようになった。このIGBTは日本メーカーが強い領域である。

    次世代材料への期待

     これまでのシリコン半導体に加えて、新たにSiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)などの化合物半導体も注目されている。SiC半導体は絶縁耐圧(最大電界強度)がシリコンの10倍もあり、パワー半導体に向いている。また、青色LEDに使われたGaNも絶縁耐圧がシリコンよりも高いためにパワー半導体として開発が進んでいる。自動車用途ではEVの充電回路にSiCが、産業用電源にはGaNが使われている。

     SiCのMOSFET(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)は、日本でも三菱電機、ローム、富士電機、デンソーなどが手掛けているが、最大の泣き所は結晶のコストがシリコンの10倍以上高いことだ。このため、SiCの技術開発はいかに安く作るかに焦点が移っている。

     パワー半導体トップの独インフィニオンテクノロジーズは、SiC1枚のウエハーを2枚に分割して使う技術ベンチャーのシルテクトラ社を買収し、コストダウンを狙っている。日本メーカーでは、ロームがSiC結晶メーカーの独サイクリスタル社を買収し、自社生産しているほか、スイスのSTマイクロエレトロニクスにもSiCウエハーを供給し、生産量を増やし価格を下げようとしている。

     半導体の歴史はコストダウンの歴史でもある。パワー半導体でも同様に低コスト化が進めば、さらなる普及が期待できる。

    (津田建二・国際技術ジャーナリスト)

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