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发布时间2020-05-08

由于加贺东芝因出现了聚集性新冠肺炎感染者,因此不得不将功率半导体工厂停工2周的时间,下面就功率半导体展开叙述。

所谓功率半导体,是一种只要存在电就必须需要的半导体,其功能有如下:将直流转换为交流(逆变器,inverter)、将交流转换为直流(整流器,converter)、改变交流的周期数(转换频率)、改变直流电压(调压器)等。

作为我们身边的功率半导体,在为个人电脑、智能手机的锂电池充电的ac转换接头中,有将ac转换为dc的“ac/dc整流器(converter)”这种功率半导体。此外,混合动力汽车(hv)、电动汽车(ev)也有为锂电池充电的ac/dc整流器,且为了使锂电池促使发动机启动,搭载了“ac/dc逆变器(inverter)”这一功率半导体。

拿人体来举例说明,处理器、存储半导体相当于人类的大脑(如图1)、智能手机和数码相机上搭载的cmos图像传感器相当于人类的眼睛,那么,功率半导体就相当于人类的肌肉和心脏。

图1:功率半导体的作用是什么?(图片出自:jbpress)
全球功率半导体市场及各家企业的市场占比
下图2是全球功率半导体市场的推移表,功率半导体不像dram和nand等存储半导体一样有那么“华丽”的跌宕起伏,据市场预测,其年度增长率基本保持在5.7%(由于新冠肺炎的影响,曾经预测2020年市场规模将会出现大幅度下滑)。

图2:功率半导体的全球市场规模(2019年以后为预测值)。(图片出自:2019年4月19日召开的“第二届东芝技术沙龙”的资料。)

东芝在2019年4月19日召开的记者招待会上表示,在众多功率半导体中,东芝将会继续专注于以下三个领域:高功率半导体(high power,insulated gate bipolar transistor、igbt,主要用于ev和智能手机等的电池产品方向、且需求旺盛)、高耐圧fet(field effect transistor)、低耐圧fet。2019年这三个领域的市场规模超过了1兆日元(约人民币600亿元)而2023年将会增长至约1.2兆日元(约人民币720亿元)。

另外,2017年的各家功率半导体企业的市场占比如下图3所示。其中,排名第一的为德国的英飞凌(26.4%)、第二位为美国的安森美(semiconductor(10.0%)、第三位为三菱电机(8.6%)、第四位为东芝(6.5%)、第五位为欧洲的st microelectronics(5.7%)、第六位为富士电机(5.5%)。

图3:各家功率半导体企业所占市场份额。(图片出自:his markit的数据。)

功率半导体因被搭载的产品不同,其要求的性能也不同;而且,如果要生产功率半导体,长年的生产经验也是必不可少的,如今,功率半导体的巨头被欧美、日本企业霸占。对于韩国、台湾、中国大陆企业来说要进军功率半导体行业有着较高的壁垒,同时对日本的三菱电机、东芝来说这也是未来可能快速发展的潜力领域。
加贺东芝是功率半导体的核心生产据点
在东芝device & storage公司,有加贺东芝和姬路半导体工厂两处生产功率半导体。其中,加贺工厂的业务涉及产品设计、研发、前段工序、后段工序等业务,可以说是极其重要的核心据点。

就加贺东芝的功率半导体明细而言,以8英寸来说,ev等车载方向约占30%,火车等工业设备方向约占25%-30%,智能手机等电子设备约占40%-45%。

其中,ev方向的功率半导体订单量尤其大,在2017年的工厂面积的基础上,2019年扩大到1.2倍,2020年计划扩大到1.5倍,如果ev方向的需求继续增长,也考虑建设新厂房(加贺东芝在记者招待会上表示)。

东芝为了避免过多的债务,不得不卖出了“心爱之物”—nand业务。对于失去了nand的东芝而言,功率半导体是既可以带来稳定收益、又有前景的业务。

作为核心生产据点的加贺东芝,由于发生了聚集性的新冠肺炎感染,不得不停工两个礼拜。这对东芝的经营团队来说是一场不胜痛心的事故。
哪怕缺少一样半导体产品,也无法生产出成品
看起来不起眼的半导体产品,哪怕缺少一样,也无法生产出完整的成品。人们认识到这一点的契机在于2011年3月11日爆发的东日本大地震时,生产车载半导体的瑞萨电子的那珂工厂(日本茨城县)由于受灾,导致丰田汽车的普锐斯(prius)等车型直接停产。

汽车厂商的上游供应商可以分为tier1-tier4,且具有金字塔形的产业结构。对于位于金字塔顶端的整车厂丰田汽车来说,瑞萨等半导体厂家被归为tier3,且二者之间没有直接的业务往来。

丰田汽车为了降低对电装的依赖程度,分散了各tier1之间的业务。也就是说,这是为了规避风险。然而,经由原本应该被分散的tier1、tier2,所有的车载半导体都集中到了瑞萨一家公司上。(如下图4)

图4:汽车行业的供应链(2011年的半导体)。(图片出自:jbpress)

由于2011年的东日本大地震,导致瑞萨的那珂工厂受灾,车载半导体生产完全停工,最终导致丰田的普锐斯(prius)完全停工。可以说,当时的丰田汽车彻底“崩溃”!因此,丰田汽车和电装向瑞萨的那珂工厂输送了约2,500名员工进行支援。

一辆汽车约由3万个零部件构成,哪怕缺少一个小小的零件,也无法生产出整车。同样道理,我们每天使用的智能手机、居家办公使用的个人电脑都离不开半导体。对于智能手机和个人电脑来说不可或缺的半导体不仅包含了处理器、存储半导体,还有加贺东芝等企业生产的功率半导体。
对日本政府、厚生劳动省等相关部门的期待
2001年it泡沫破裂,2008年发生了雷曼冲击、2011年发生了东日本大地震。然而半导体行业却依旧在保持增长(如下图5)。2018年全球半导体出货总金额为4,687亿美元(约人民币32,809亿元),出货数量约为1兆44亿个,二者都刷新了历史新高。

图5:全球半导体出货金额、出货数量。(图片出自:笔者根据wsts的统计数据制作了此图。)

如今全球约有77亿人,平均每人每年消费价值约61美金(约人民币427元)的半导体,也就是约130个半导体。这两个数字可能会因为2020年爆发的新冠肺炎而暂时下降,然而,未来毫无疑问肯定还会继续增长。

对于人类的文化生活、经济活动来说,半导体已经是极其重要的因素之一。如果说没有“螺丝钉、钉子”就无法建造房屋;那么如果没有半导体这一“螺丝钉、钉子”的话,也无法生产所有的电子设备、汽车和铁路和飞机等交通网络、电机和煤气和生活用水等社会的基础设施,最终无法维持社会的运转。

现在我们只能祈祷加贺东芝半导体能在5月1日以后正常复工。此外,我们希望日本政府、厚生劳动省等相关单位对如今正在运营的半导体工厂(比方说,原东芝存储半导体铠侠、cmos厂家索尼、车载半导体厂家瑞萨等)提出一旦发现员工出现疑似新冠肺炎症状,立即做pcr检测的要求。仅靠医疗机构、公共交通机构的员工很难实现更有效的工作效率。


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