炭化ケイ素パワー半導体市場の発展、動向、巨大な需要、成長分析、予測 2023-2033
炭化ケイ素パワー半導体の世界市場は、2023年に628.72百万米ドルと評価され、2023年から2033年の間に42.41%のCAGRを記録して2033年には4708.71百万米ドルに達すると予測されています。
パンデミックの発生は、世界中の中小・大企業に経済的混乱をもたらしました。製造業の大部分は工場での作業を含み、人々は生産性を高めるために協力し合いながら密接に連絡を取り合っているためです。
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SiC（炭化ケイ素）は、広いバンドギャップを持つため、ハイパワー用途に使用されています。SiCにはさまざまな多形（ポリモルフ）が存在するが、パワーデバイスに最も適しているのは4H-SiCである。材料の性能向上を目指した研究開発活動の活発化は、市場成長の強力な推進力となることが期待される。例えば、米国エネルギー省（DOE）のAdvanced Research Projects AgencyEnergy（ARPA-E）は、CIRCUITS（Creating Innovative and Reliable Circuits Using Inventive Topologies and Semiconductors）プログラムの一環として、21プロジェクトに3000万米ドルの資金提供を発表しています。また、SiCパワーエレクトロニクスの製造コスト削減を目的としたNREL主導の研究に対する米国DOEの投資などの取り組みも、こうした傾向をさらに後押しし、より堅牢なSiCベースデバイスの範囲を拡大する可能性があります。
電気自動車は、自動車産業において、航続距離、充電時間、性能の向上など、顧客の期待に応えるための一定のメリットをもたらします。しかし、電気自動車には、高温下でも効率的かつ効果的に動作するパワーエレクトロニクス・デバイスが必要です。そのため、ワイドバンドギャップSiCを用いたパワーモジュールの開発が進められています。
電気自動車は、価格の低下と航続距離の向上により、一般的な自動車になりつつあります。国際エネルギー機関の報告書「Global EV Outlook 2021」によると、2020年には1020万台以上の小型電気乗用車が道路を走っていた。また、電気自動車の登録台数は2020年に41％増加し、市場の成長機会を生み出しています。
また、半導体は、エネルギー損失の低減と長寿命の太陽エネルギーや風力エネルギーの電力変換器にSiCを使用しています。例えば、太陽光発電では、主に効率、電力密度、信頼性を高めるために、高出力、低損失、高速スイッチング、信頼性の高い半導体デバイスが必要です。このように、SiCデバイスは、増大するエネルギー需要に対応するため、太陽光発電エネルギー要件に対する有望なソリューションとなります。
クリーンテック需要がもたらす可能性を利用するため、複数のプレイヤーがSiCパワー半導体の市場に参入しています。例えば、2021年4月、ニューヨーク州立大学ポリテクニック研究所（SUNY Poly）からスピンオフしたNoMIS Power Groupは、SiCパワー半導体デバイス、モジュール、およびパワーマネジメント製品開発者へのサポートを提供するサービスの設計、製造、販売を計画していると発表しています。
SiCパワー半導体デバイスは、高周波を使用すると寄生容量やインダクタンスが大きくなり、SiCパワー半導体デバイスの性能を十分に発揮することができません。そのため、SiCの普及には製造設備の更新が必要であり、現在の開発ペースでは実現できない可能性がある。
主な市場動向
自動車産業は大きな成長が期待される
自動車のパワートレインに炭化ケイ素（SiC）デバイスを使用するための研究活動が行われています。しかし、最近の進歩により、徐々に実現可能なソリューションになりつつあります。例えば、急速充電を行うTeslaは、現在すでにSiCを車体構造に使用しています。また、電気自動車は、価格が下がり、航続距離が伸びている現在、一般的な道路になりつつあります。国際エネルギー機関（IEA）によると、2020年の全世界のプラグイン電気自動車販売台数は約310万台に達するとされています。
SiC半導体は、プラグインハイブリッド車（PHEV）や完全電気自動車（EV）で使用される車載充電器やインバーターなどのアプリケーションに適しています。これは、従来のシリコンに比べ、エネルギー効率が格段に高いためです。
また、EVの長距離走行や適度な充電を実現するためには、車両のパワーエレクトロニクスが高温に耐えられることが必要です。SiC半導体の利点は、95％以上のエネルギー効率です。高出力急速充電器での充電など、電力変換時に熱として失われるエネルギーはわずか5％です。
日本では、東京大学が三菱電機株式会社と共同で、SiC半導体デバイスの信頼性向上に取り組んでいます。これに先立ち、三菱電機はハイブリッド車向けに設計された新しい超小型SiCインバータを公開し、2021年頃の量産化を目指しています。
さらに、デルファイ・テクノロジーズとクリー社は提携し、クリー社のSiC MOSFETを組み合わせた前者のインバーターを開発しました。これにより、パワーモジュール全体の温度を大幅に下げると同時に、ハイブリッド車や完全電気自動車の航続距離延長をサポートするための高出力を可能にしました。また、これらのインバーターは、競合モデルと比べて40%の軽量化と30%のコンパクト化を実現しています。
さらに、2021年5月、インフィニオンテクノロジーズは、車載用CoolSiC MOSFET技術を搭載した新しいパワーモジュールを発表しました。Siの代わりにSiCを使用することで、電気自動車に搭載されるコンバーターの高効率化を実現しています。例えば、現代自動車グループは、インフィニオンのCoolSiCパワーモジュールを搭載したトラクション・インバーターにより、Siベースのソリューションと比較して、このSiCソリューションの低損失に起因する効率向上により、自動車の航続距離を5％以上伸ばすことができたと報告しています。
さらに、2021年3月、英国政府は、英国研究・革新省が主導する産業戦略チャレンジファンドの一環として、炭化ケイ素（SiC）パワー半導体デバイスを製造し、輸送、家庭、産業用により効率的なパワーエレクトロニクスを作り、国のネットゼロの野望の達成を支援するために、スワンジー大学に480万ポンドを授与しました。
アジア太平洋地域が最速の成長を遂げる
アジア太平洋地域は、世界のSiCパワー半導体市場を支配しており、政府政策によって支えられている世界の半導体市場の成長にも関係しています。さらに、この地域の半導体産業は、中国、台湾、日本、韓国が牽引しており、これらを合わせると、世界のディスクリート半導体市場の約65％を占めています。一方、タイ、ベトナム、シンガポール、マレーシアなどの国も、この地域の市場支配に大きく貢献しています。
インド電子半導体協会によると、インドの半導体部品市場は2033年までに323億5,000万ドル規模になり、年平均成長率10.1％（2023-2033年）を示すと予想されています。同国は、世界的な研究開発センターにとって有利な進出先となっています。そのため、政府が進めている「Make In India」構想により、半導体市場への投資が期待されます。
さらに、同地域はエレクトロニクスのハブであり、他国への輸出や同地域での消費のために毎年数百万個の電子デバイスが生産されています。例えば、インドにおける家電製品の需要増も、同地域の市場成長を促進しています。インド商工会議所連合会（FICCI）によると、インドの電子機器需要は2012年から2020年の間に25％の年平均成長率を記録すると推定されている。
中国は、世界最大の電力生産国である。同国のエネルギー需要は増加すると予想され、その結果、エネルギー生産量も増加する。例えば、2020年10月、中国は世界第2位の太陽光発電所を公開しました。青海省のソーラーパークは2.2GWの容量を持ち、世界最大級の発電所である。この発電所は、同国西部に再生可能エネルギーのスーパーグリッドを構築する中央政府の提案のひとつとなることが期待されている。
中国では自動車産業が増加しており、世界の自動車市場においてますます重要な役割を果たしている。中国政府は、自動車部品部門を含む自動車産業を基幹産業のひとつと位置づけています。政府は、中国の自動車生産台数が2023年に3,000万台、2033年に3,500万台に達すると予想しています。さらに、インドでは、政府の野心的な計画や取り組みにより、電気自動車市場が勢いを増しています。インドの公的機関は、過去数年間に電気自動車関連の政策をいくつか発表しており、同国に電気自動車を普及させるための強いコミットメント、具体的な行動、大きな野心を示しています。例えば、株式会社デンソーは2020年12月、低炭素社会の実現に向け、高品質の炭化ケイ素（SiC）パワー半導体を搭載した最新のブースターパワーモジュールの量産を開始したと発表しました。本製品は、2020年12月9日に発売されたトヨタ自動車の「MIRAI（ミライ）」に搭載されています。
さらに、2020年7月には、日本の電力部品メーカーであるロームが、中国の電力列車メーカーであるリードライブテクノロジーと共同で、上海自由貿易区に炭化ケイ素電力共同研究所を建設した。このような事例は、同地域の市場成長を増大させると思われます。
リサーチレポート全文はこちらからご覧ください： https://www.sdki.jp/reports/silicon-carbide-power-semiconductor-market/114701
競合の状況
炭化ケイ素パワー半導体市場は、非常に競争が激しい。Infineon Technologies AG、Texas Instruments Inc.、ST Microelectronics NV、Hitachi Power Semiconductor Device Ltd、NXP semiconductor、富士電機株式会社、Semikron International GmbH、Cree Inc.、ON Semiconductor Corporation、三菱電機株式会社など、複数の主要企業によって構成されています。Ltd.、Semikron International GmbH、Cree Inc.、ON Semiconductor Corporation、Mitsubishi Electric Corporationなどです。これらの企業は、新製品の投入、提携、買収を行い、市場シェアの拡大を図っています。
2021年6月 - 日本のエレクトロニクス企業である日立製作所は、ヒルズボロでの既存のプレゼンスを拡張し、米国の製造業の顧客と協力して新しい技術を生み出すための大きな半導体研究所を建設する計画を発表した。
2021年4月 - Infineon Technologies AGは、1200V製品ラインに新しいEasyPACK 2Bモジュールを発売した。このモジュールは、CoolSiC MOSFET、TRENCHSTOP IGBT7デバイス、NTC温度センサー、PressFITコンタクト技術ピンを含む3レベルアクティブNPC（ANPC）トポロジーを提供します。
本レポートを購入する理由
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パンデミックの発生は、世界中の中小・大企業に経済的混乱をもたらしました。製造業の大部分は工場での作業を含み、人々は生産性を高めるために協力し合いながら密接に連絡を取り合っているためです。
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SiC（炭化ケイ素）は、広いバンドギャップを持つため、ハイパワー用途に使用されています。SiCにはさまざまな多形（ポリモルフ）が存在するが、パワーデバイスに最も適しているのは4H-SiCである。材料の性能向上を目指した研究開発活動の活発化は、市場成長の強力な推進力となることが期待される。例えば、米国エネルギー省（DOE）のAdvanced Research Projects AgencyEnergy（ARPA-E）は、CIRCUITS（Creating Innovative and Reliable Circuits Using Inventive Topologies and Semiconductors）プログラムの一環として、21プロジェクトに3000万米ドルの資金提供を発表しています。また、SiCパワーエレクトロニクスの製造コスト削減を目的としたNREL主導の研究に対する米国DOEの投資などの取り組みも、こうした傾向をさらに後押しし、より堅牢なSiCベースデバイスの範囲を拡大する可能性があります。
電気自動車は、自動車産業において、航続距離、充電時間、性能の向上など、顧客の期待に応えるための一定のメリットをもたらします。しかし、電気自動車には、高温下でも効率的かつ効果的に動作するパワーエレクトロニクス・デバイスが必要です。そのため、ワイドバンドギャップSiCを用いたパワーモジュールの開発が進められています。
電気自動車は、価格の低下と航続距離の向上により、一般的な自動車になりつつあります。国際エネルギー機関の報告書「Global EV Outlook 2021」によると、2020年には1020万台以上の小型電気乗用車が道路を走っていた。また、電気自動車の登録台数は2020年に41％増加し、市場の成長機会を生み出しています。
また、半導体は、エネルギー損失の低減と長寿命の太陽エネルギーや風力エネルギーの電力変換器にSiCを使用しています。例えば、太陽光発電では、主に効率、電力密度、信頼性を高めるために、高出力、低損失、高速スイッチング、信頼性の高い半導体デバイスが必要です。このように、SiCデバイスは、増大するエネルギー需要に対応するため、太陽光発電エネルギー要件に対する有望なソリューションとなります。
クリーンテック需要がもたらす可能性を利用するため、複数のプレイヤーがSiCパワー半導体の市場に参入しています。例えば、2021年4月、ニューヨーク州立大学ポリテクニック研究所（SUNY Poly）からスピンオフしたNoMIS Power Groupは、SiCパワー半導体デバイス、モジュール、およびパワーマネジメント製品開発者へのサポートを提供するサービスの設計、製造、販売を計画していると発表しています。
SiCパワー半導体デバイスは、高周波を使用すると寄生容量やインダクタンスが大きくなり、SiCパワー半導体デバイスの性能を十分に発揮することができません。そのため、SiCの普及には製造設備の更新が必要であり、現在の開発ペースでは実現できない可能性がある。
主な市場動向
自動車産業は大きな成長が期待される
自動車のパワートレインに炭化ケイ素（SiC）デバイスを使用するための研究活動が行われています。しかし、最近の進歩により、徐々に実現可能なソリューションになりつつあります。例えば、急速充電を行うTeslaは、現在すでにSiCを車体構造に使用しています。また、電気自動車は、価格が下がり、航続距離が伸びている現在、一般的な道路になりつつあります。国際エネルギー機関（IEA）によると、2020年の全世界のプラグイン電気自動車販売台数は約310万台に達するとされています。
SiC半導体は、プラグインハイブリッド車（PHEV）や完全電気自動車（EV）で使用される車載充電器やインバーターなどのアプリケーションに適しています。これは、従来のシリコンに比べ、エネルギー効率が格段に高いためです。
また、EVの長距離走行や適度な充電を実現するためには、車両のパワーエレクトロニクスが高温に耐えられることが必要です。SiC半導体の利点は、95％以上のエネルギー効率です。高出力急速充電器での充電など、電力変換時に熱として失われるエネルギーはわずか5％です。
日本では、東京大学が三菱電機株式会社と共同で、SiC半導体デバイスの信頼性向上に取り組んでいます。これに先立ち、三菱電機はハイブリッド車向けに設計された新しい超小型SiCインバータを公開し、2021年頃の量産化を目指しています。
さらに、デルファイ・テクノロジーズとクリー社は提携し、クリー社のSiC MOSFETを組み合わせた前者のインバーターを開発しました。これにより、パワーモジュール全体の温度を大幅に下げると同時に、ハイブリッド車や完全電気自動車の航続距離延長をサポートするための高出力を可能にしました。また、これらのインバーターは、競合モデルと比べて40%の軽量化と30%のコンパクト化を実現しています。
さらに、2021年5月、インフィニオンテクノロジーズは、車載用CoolSiC MOSFET技術を搭載した新しいパワーモジュールを発表しました。Siの代わりにSiCを使用することで、電気自動車に搭載されるコンバーターの高効率化を実現しています。例えば、現代自動車グループは、インフィニオンのCoolSiCパワーモジュールを搭載したトラクション・インバーターにより、Siベースのソリューションと比較して、このSiCソリューションの低損失に起因する効率向上により、自動車の航続距離を5％以上伸ばすことができたと報告しています。
さらに、2021年3月、英国政府は、英国研究・革新省が主導する産業戦略チャレンジファンドの一環として、炭化ケイ素（SiC）パワー半導体デバイスを製造し、輸送、家庭、産業用により効率的なパワーエレクトロニクスを作り、国のネットゼロの野望の達成を支援するために、スワンジー大学に480万ポンドを授与しました。
アジア太平洋地域が最速の成長を遂げる
アジア太平洋地域は、世界のSiCパワー半導体市場を支配しており、政府政策によって支えられている世界の半導体市場の成長にも関係しています。さらに、この地域の半導体産業は、中国、台湾、日本、韓国が牽引しており、これらを合わせると、世界のディスクリート半導体市場の約65％を占めています。一方、タイ、ベトナム、シンガポール、マレーシアなどの国も、この地域の市場支配に大きく貢献しています。
インド電子半導体協会によると、インドの半導体部品市場は2033年までに323億5,000万ドル規模になり、年平均成長率10.1％（2023-2033年）を示すと予想されています。同国は、世界的な研究開発センターにとって有利な進出先となっています。そのため、政府が進めている「Make In India」構想により、半導体市場への投資が期待されます。
さらに、同地域はエレクトロニクスのハブであり、他国への輸出や同地域での消費のために毎年数百万個の電子デバイスが生産されています。例えば、インドにおける家電製品の需要増も、同地域の市場成長を促進しています。インド商工会議所連合会（FICCI）によると、インドの電子機器需要は2012年から2020年の間に25％の年平均成長率を記録すると推定されている。
中国は、世界最大の電力生産国である。同国のエネルギー需要は増加すると予想され、その結果、エネルギー生産量も増加する。例えば、2020年10月、中国は世界第2位の太陽光発電所を公開しました。青海省のソーラーパークは2.2GWの容量を持ち、世界最大級の発電所である。この発電所は、同国西部に再生可能エネルギーのスーパーグリッドを構築する中央政府の提案のひとつとなることが期待されている。
中国では自動車産業が増加しており、世界の自動車市場においてますます重要な役割を果たしている。中国政府は、自動車部品部門を含む自動車産業を基幹産業のひとつと位置づけています。政府は、中国の自動車生産台数が2023年に3,000万台、2033年に3,500万台に達すると予想しています。さらに、インドでは、政府の野心的な計画や取り組みにより、電気自動車市場が勢いを増しています。インドの公的機関は、過去数年間に電気自動車関連の政策をいくつか発表しており、同国に電気自動車を普及させるための強いコミットメント、具体的な行動、大きな野心を示しています。例えば、株式会社デンソーは2020年12月、低炭素社会の実現に向け、高品質の炭化ケイ素（SiC）パワー半導体を搭載した最新のブースターパワーモジュールの量産を開始したと発表しました。本製品は、2020年12月9日に発売されたトヨタ自動車の「MIRAI（ミライ）」に搭載されています。
さらに、2020年7月には、日本の電力部品メーカーであるロームが、中国の電力列車メーカーであるリードライブテクノロジーと共同で、上海自由貿易区に炭化ケイ素電力共同研究所を建設した。このような事例は、同地域の市場成長を増大させると思われます。
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炭化ケイ素パワー半導体市場は、非常に競争が激しい。Infineon Technologies AG、Texas Instruments Inc.、ST Microelectronics NV、Hitachi Power Semiconductor Device Ltd、NXP semiconductor、富士電機株式会社、Semikron International GmbH、Cree Inc.、ON Semiconductor Corporation、三菱電機株式会社など、複数の主要企業によって構成されています。Ltd.、Semikron International GmbH、Cree Inc.、ON Semiconductor Corporation、Mitsubishi Electric Corporationなどです。これらの企業は、新製品の投入、提携、買収を行い、市場シェアの拡大を図っています。
2021年6月 - 日本のエレクトロニクス企業である日立製作所は、ヒルズボロでの既存のプレゼンスを拡張し、米国の製造業の顧客と協力して新しい技術を生み出すための大きな半導体研究所を建設する計画を発表した。
2021年4月 - Infineon Technologies AGは、1200V製品ラインに新しいEasyPACK 2Bモジュールを発売した。このモジュールは、CoolSiC MOSFET、TRENCHSTOP IGBT7デバイス、NTC温度センサー、PressFITコンタクト技術ピンを含む3レベルアクティブNPC（ANPC）トポロジーを提供します。
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2023-04-25 19:15
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