今週、中国の最先端IGBT量産に関するニュースが大きな注目を集めた。7月7日、智新半導体が車載用IGBTモジュールの量産に成功した。これは、東風汽車と中国中車が戦略的協力のもと設立した智新半導体の、最初の実りある成果である。

報道によると、今回生産されたIGBTモジュールは放熱性と耐電磁干渉性に優れており、車載用製品の高い信頼性要件を満たすことができる。これにより、中国の新エネルギー車メーカーは新たな選択肢を得ることになり、国内の車載用パワー半導体サプライチェーンの強化につながるだろう。

最近、智新半導体だけでなく、昨年6月から7月上旬にかけてのわずか1ヶ月強の間に、中国国内のIGBTチップやモジュール、特に車載製品が次々と登場し、一斉に急増している。

6月、華虹（Huahong）とスターセミコンダクター（Star Semiconductor）は戦略的協力協定を締結した。両社は共同で開発した高出力車載グレード12インチIGBTチップが量産体制に入り、自動車メーカーによる製品検証を通過し、車載用途に代表されるパワーユニット市場に広く参入したことを共同で発表した。

6月21日、シランマイクロは、持株子会社である成都吉佳科技有限公司を通じて、「車載用および産業用パワーモジュールおよびパワー統合デバイスパッケージング生産ライン建設プロジェクト第1期」の建設に投資する計画を発表した。プロジェクトの総投資額は7億5800万元。建設期間は2年、生産期間も2年。生産開始後は、IGBTモジュールが主力製品となる予定だ。

6月23日、Sunking Technology社初のIGBT生産ラインが正式に完成し、稼働を開始、試作段階に入った。同社のIGBTプロジェクトでは、IGBTチップ裏面加工生産ライン2本とIGBTモジュールパッケージング・テスト生産ライン5本を建設する計画だという。完成後は、年間生産能力はIGBTモジュール製品200万個に達する見込み。IGBT製品の用途は600Vから1700Vの中低電圧分野をカバーし、電気自動車、太陽光発電、風力発電、産業用周波数変換などの市場をターゲットとしている。

7月5日、Wingtech Technologyは、オランダの子会社Nexperiaを通じて、英国の半導体メーカーであるNewport Wafer Fabの全株式を取得すると発表した。Newport Wafer Fabは1982年に設立され、主に自動車向けの高エネルギー効率パワー半導体を製造している。Nexperiaは自動車用チップおよび部品の重要なメーカーである。今回の買収について、Wingtech Technologyの会長である張学正氏は、Newportの買収により、Nexperiaの車載用IGBT、MOSFET、アナログ、化合物半導体の能力が効果的に強化されると述べた。

Whether it is the opening of factories, the start of mass production, or mergers and acquisitions, these manufacturers are focusing on the automotive IGBT product market, reflecting the popularity of the market.

IGBTに対する強い需要

今後数年間で、電気自動車の販売成長率は50%を超える見込みです。政策支援や販売補助金の恩恵を受け、世界および中国の新エネルギー電気自動車の販売の年平均成長率は32%に達すると予想され、関連する半導体および電子産業チェーンの急速な発展を牽引するでしょう。自動車が半導体産業の発展を牽引する三本柱の1つであることは紛れもない事実です（5G、IoT、車載エレクトロニクスは、次の波で半導体産業の発展を牽引する3つの主要なエンジンと考えられています）。

自動車用途において、パワー半導体の使用量はMCUに次いで2番目に多く、その市場シェアは非常に大きい。

新エネルギー車における半導体用途の大部分はパワー半導体である。従来型自動車では、パワー半導体は主に始動、発電、安全などの分野で使用されており、従来型自動車の半導体全体の20%を占めている。車両1台あたりの価値は約60米ドルである。

Since new energy vehicles generally use high-voltage circuits, when the battery outputs high voltage, frequent voltage conversion is required. At this time, the consumption of voltage conversion circuits (DC-DC) increases significantly. In addition, a large number of DC-AC inverters, transformers, converters, etc. are also required. These demands for semiconductor devices such as IGBTs, MOSFETs, and diodes have also increased significantly. The above have greatly increased the demand for power devices in automotive electronic systems.

マッキンゼーの統計によると、電気自動車の半導体コストは704米ドルで、従来型自動車の350米ドルの2倍となっている。中でも、パワーデバイスのコストは387米ドルと高く、全体の55%を占めている。従来型自動車と比較した電気自動車の新たな半導体コストのうち、パワーデバイスのコストは約269米ドルで、新たなコストの76%を占めている。

新エネルギー電気自動車の発電・送電プロセスはガソリンエンジンとは大きく異なり、頻繁な電圧変換とDC-AC変換が必要となる。さらに、純電気自動車の航続距離に対する高い要求により、電力管理の要件はより高度化している。IGBT、MOSFET、ダイオードなどのパワーディスクリートデバイスに対する要求は、従来の自動車よりもはるかに高い。自動車業界の需要に牽引され、IGBTは爆発的な成長を遂げるだろう。

自動車用パワーモジュール（現在の主流はIGBT）は、車両の電気駆動システムの主要な性能を決定づけ、コアコンポーネントであるモーターインバーターのコストの40%以上を占めている。

IGBTはモータードライバーのコストの約3分の1を占め、モータードライバーは車両全体のコストの約15～20%を占めます。言い換えれば、IGBTは車両全体のコストの5～7%を占めることになります。

技術的なレベルでは、IGBTチップはPTからNPT、そしてFSへのアップグレードを含む一連の反復プロセスを経ており、チップの薄型化、熱抵抗の低減、Tjの向上を実現しています。IEGT、CSTBT、MPTの導入によりVceの低減と電力密度の向上が継続的に行われ、表面金属とパッシベーション層の最適化により、自動車の高い信頼性要件を満たすことができます。

近年、IGBTはRC-IGBTの登場やFWDとIGBTを統合した設計など、構造面で革新が進んでおり、さらに電流センサーや温度センサーを統合するなど、機能面でも統合が進んでいる。

IGBTは自動車のモーター制御システムで広く使用されています。現在、自動車のモーター制御システムには数十個のIGBTが必要です。テスラを例にとると、テスラのリア三相交流非同期モーターは、1相あたり28個のIGBTを使用しており、合計84個のIGBTが使用されています。モーターの他の部分のIGBTを含めると、テスラは合計96個のIGBTを使用しています（デュアルモーター用とフロントモーター用の36個）。1個あたり4～5米ドルで計算すると、デュアルモーター用IGBTの価値は約650米ドルになります。

SiC MOSFETはIGBTよりも先進的で、市場発展の可能性も高い（テスラは既にSiC MOSFETを採用しており、NIOも次々と採用していく予定である）。しかしながら、現状ではSiCパワーデバイスにはいくつかの問題点があり、具体的には、歩留まりが低くコストが高いこと、SiCとSiO2の界面に多くの欠陥がありゲート酸化膜の長期信頼性に問題があること、SiC MOSFETの長期信頼性データが不足していることなどが挙げられる。

さらに、SiCデバイスの電流容量は低いものの、コストが高すぎる。同レベルのSiC MOSFETチップのコストは、シリコンベースのIGBTの8～12倍である。消費電力の面では、SiC MOSFETはシリコンベースのIGBTよりも先にオンになり、IGBTよりも後にオフになる。IGBTはZVS（ゼロ電圧スイッチング）を実現できるため、損失を大幅に削減できる。

総じて、IGBTの電気特性はSiC MOSFETチップの約90%に匹敵し、コストはSiC MOSFETの25%に抑えられています。そのため、SiCとシリコンのハイブリッドスイッチモジュールは大きな市場応用の見込みがありますが、純粋なSiCデバイスが車載電源システムに普及するには時間がかかるでしょう。IGBTは依然として市場の主力です。

中国市場は成長している

中国は新エネルギー車にとって最も重要な市場の一つであり、中国における新エネルギー車の販売台数は世界の販売台数の半分以上を占めている。

こうした市場環境を背景に、主要な国際半導体メーカーは国内自動車メーカーと戦略的パートナーシップを構築している。例えば、2018年3月には、上海汽車（SAIC）とインフィニオンが合弁会社「SAICインフィニオン半導体」を設立した。SAICインフィニオン半導体はIGBTモジュールパッケージング事業に注力し、SAICをはじめとする国内新エネルギー車メーカーへの供給を目指し、年間生産能力100万セットの達成を計画していると報じられている。

さらに、Wingtech Technologyは、車載用パワー半導体デバイス分野で豊富な実績を持つNexperiaの支配株を取得しました。Nexperiaの製品の50%以上は自動車分野で使用されています。計画によると、Nexperiaは中国本土での生産を段階的に拡大していく予定です。

自動車用半導体の競争環境と海外メーカーの発展の歴史を比較すると、中国国内メーカーは主に2つの発展経路をたどっている。1つは、従来の半導体分野における買収を通じて技術と顧客資源を獲得すること、もう1つは、新エネルギー車やスマートカー向けパワー半導体を開発することである。

電動化は自動車用半導体市場に新たな需要をもたらす一方で、国内の自動車用半導体メーカーにも多くのビジネスチャンスをもたらしている。現在、ますます多くの国内メーカーが新エネルギー車向けパワー半導体の開発に着手している。代表的なメーカーとしては、BYD、CRRC、Silan Microelectronics、そして前述のメーカーなどが挙げられる。

しかしながら、中国国内の車載用パワー半導体メーカーは依然として比較的弱く、市場シェアも低い。短期間で主要な国際メーカーと真の競争力を築くことは難しく、継続的な成長が必要となるだろう。

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