パワーデバイス事業説明会 · 6 HEV,EV機器事業HEV,EV機器事業...

1

2010年7月15日

三菱電機株式会社専務執行役

半導体・デバイス事業本部長

久間 和生

パワーデバイス事業説明会

2

パワーデバイスとは？

3

電気を直流から交流、交流から直流に変換する、或いは電圧を高くしたり、低くしたりすることで電力を効率よく制御する半導体デバイス。

産業用、電鉄、エコカー(EV,HEV)、白物家電、太陽光発電、風力発電などの電力制御からモーター制御まで幅広い分野に使用される省エネのキーデバイス。

パワーデバイスとは？～低炭素社会実現：省エネのキーデバイス～

電池 モーター パワエレ機器

時間

電圧

直流

電圧

時間

電圧

太陽電池

交流

電圧

直流 交流

時間時間

モーター駆動用インバーター

エアコン家庭電気製品

パワーコンディショナー

キーデバイス：パワーデバイス

パワエレ機器

4

パワーデバイスの応用分野

IPMIPMサイリスタサイリスタ

トライアック

IGBTIGBT

MOSFET

エアコン冷蔵庫洗濯機

モーター制御

汎用インバーター

1M

100K

10K

1K100

100

1K

10

10K

100K

1M

10M

100M

応用装置の出力容量

（VA）

産業

民生

動作周波数（Hz）将来予測

現状

HVIGBTHVIGBTHVDiHVDiHVHV--IPMIPM

GCT/GTOGCT/GTOサイリスタサイリスタ

IGBTIGBTモジュールモジュール

冷蔵庫

エアコン汎用インバーター

洗濯機

電車

無停電電源

モーター制御

自動車

IGBTIGBT

直流送電

PC用電源

DIPIPMDIPIPM

太陽光発電

電力機器製鉄電車

電力機器

●溶接機●製鉄

●電子レンジ●扇風機●洗濯機

自動車無停電電源

ロボット溶接機

医療機器

電磁調理器

5

パワーデバイス世界市場規模

0

2,000

4 ,0 00

6 ,0 00

8 ,0 00

10 ,0 00

12 ,0 00

14 ,0 00

16 ,0 00

CY2004 CY2005 CY2006 CY2007 CY2008 CY2009 CY2010 CY2011 CY2012 CY2013

M$

ﾀﾞｲｵｰﾄﾞ ﾊﾞｲﾎﾟｰﾗTr

IGBT MOSFET

ｻｲﾘｽﾀ

予 測実 績

2008年IGBTモジュールトップ10社

出典：IMS Research 2009

富士電機

Vincotech(独)東芝

Fairchild(米)Danfoss(丁)

日立

三洋電機

Semikron

(独)

三菱電機その他

Infineon(独)

2008年パワーデバイストップ10社

出典：IMS research 2009

その他

ルネサス

富士電機

東芝

Vishay(米)

Semikron(独)

InternationalRectifier

(米)

三菱電機

Fairchild(米)

STMicroelectronics

(伊/仏)

Infineon(独)パワーデバイスの世界市場

パワーデバイス市場は、今後大幅な成長が見込まれる。

CY2009：全体；100億US$、ﾀﾞｲｵｰﾄﾞ；17億US$、IGBT；18億US$

CY2010：全体；130億US$、ﾀﾞｲｵｰﾄﾞ；22億US$、IGBT；26億US$

出典：WSTSﾃﾞｰﾀをﾍﾞｰｽに三菱電機まとめ

ＩＧＢＴモジュールでは世界トップシェア

6

HEV,EV機器事業HEV,EV機器事業

省ｴﾈ対策機器/支援機器事業省ｴﾈ対策機器/支援機器事業

IGCC: Integrated coal Gasification Combined Cycle

ﾋﾞﾙ設備関連省ｴﾈ事業（省ｴﾈ診断/対策/運営管理）

ﾊﾟﾜｰﾃﾞﾊﾞｲｽ事業ﾊﾟﾜｰﾃﾞﾊﾞｲｽ事業

ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟ応用事業ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟ応用事業

太陽光発電ｼｽﾃﾑ事業太陽光発電ｼｽﾃﾑ事業

家電ﾘｻｲｸﾙ事業

～ 様々な省ｴﾈ･新ｴﾈ製品の提供を通じたCO２削減及び循環型社会実現への貢献 ～

技術と行動で人と地球に貢献する

環境ﾋﾞｼﾞｮﾝ2021

＊１：基準年＝2000年度 ＊２：基準年＝1990年度（単独）、2000年度（国内関連会社）、2005年度（海外関連会社）

3R:Reduce,Reuse,Recycle 循環型社会

ｽﾏｰﾄｸﾞﾘｯﾄﾞ事業ｽﾏｰﾄｸﾞﾘｯﾄﾞ事業

ｸﾘｰﾝｴﾈﾙｷﾞｰ事業（原子力発電､ IGCC）

地球温暖化防止

生物多様性保全への対応自然との共生、環境ﾏｲﾝﾄﾞの育成

製品使用時*1、生産時*2のCO2

排出量30%削減

製品の3R の推進ｾﾞﾛｴﾐｯｼｮﾝ

環境ビジョン2021と環境関連事業の拡大

環境関連事業の拡大・売上高：

全社：1兆3000億円超（2015年度）内、パワーデバイス事業：1500億円（2015年度）

・CO２削減：全社：510万ﾄﾝ超（2015年度）内、パワーデバイス事業：400万ﾄﾝ（2015年度）

7

パワーデバイス事業

8

パワーデバイス事業環境

パワーデバイス事業環境世界的な低炭素社会実現への取り組み強化の影響により、パワーデバイスの需要は主要4分野（産業・民生・自動車・電鉄）とも急速に拡大・産業市場:中国向けを中心とした市況の回復、風力・太陽光発電等の新エネル

ギー市場の拡大、新興市場の設備投資の活発化による拡大・民生市場:中国、韓国を中心とした家電のインバーター化急進による大幅拡大・自動車市場:ハイブリッドカーを中心としたエコカーの増加による拡大・電鉄市場:日本、欧州に加え新興国のインフラ整備に伴う需要の拡大

パワーデバイス事業環境世界的な低炭素社会実現への取り組み強化の影響により、パワーデバイスの需要は主要4分野（産業・民生・自動車・電鉄）とも急速に拡大・産業市場:中国向けを中心とした市況の回復、風力・太陽光発電等の新エネル

ギー市場の拡大、新興市場の設備投資の活発化による拡大・民生市場:中国、韓国を中心とした家電のインバーター化急進による大幅拡大・自動車市場:ハイブリッドカーを中心としたエコカーの増加による拡大・電鉄市場:日本、欧州に加え新興国のインフラ整備に伴う需要の拡大

パワーデバイス事業方針：シナジー,イノベーション＆グローバル①2010年1080億円、2015年1500億円の売上達成②積極的な設備投資による生産能力増強③グローバル販売体制/グローバル技術サポート体制強化④最先端IGBT、SiCパワーデバイスの早期実用化⑤8インチ化促進による競争力強化

パワーデバイス事業方針：シナジー,イノベーション＆グローバル①2010年1080億円、2015年1500億円の売上達成②積極的な設備投資による生産能力増強③グローバル販売体制/グローバル技術サポート体制強化④最先端IGBT、SiCパワーデバイスの早期実用化⑤8インチ化促進による競争力強化

9

応用例パワーデバイス製品

HVIPM,HVIGBT（1.7～6.5kV, 0.4～2.4kA） 電鉄モーター駆動 鉄鋼圧延ラインモーター駆動

GCT（4.5～6.5kV, 0.4～6kA）

IPD 加速度センサー HVIC

HEV-IPM (600V/600A) HEV-IPU (600V/300A) EV/HV モーター駆動

DIPIPMTM/SIP-IPM（600V, 3～50A, 6 素子, トランスファーモールド）

エアコン冷蔵庫

洗濯機 他

Standard IPM, ASIPM（600V/1200V, 4～800A） インバーター AC サーボ 風力発電 太陽光発電

IGBT モジュール（600V/1200V, 50～1000A）

自動車

産 業

家 電

電力・電鉄

その他

主要製品と応用分野

10

2010年度パワーデバイス投資計画～ 2015年度売上高1500億円の実現を目指す～

①８インチウエハー能力増強 2009年度比 2.5倍(10年度約65億円）②アセンブリー・テスト（A/T）生産能力増強

・民生用途 ： 2009年9月比 2.6倍（2009年度 約30億円 2010年度 約15億円）・自動車用途 ： 2009年9月比 2.3倍（2009年度 約20億円 2010年度 約10億円）・産業用途 ： 2009年9月比 1.4倍 （2010年度 約10億円）

①８インチウ①８インチウエエハー能力増強ハー能力増強 20200909年度比年度比 2.52.5倍倍(10(10年度約年度約6565億円）億円）②アセンブリー②アセンブリー・・テスト（テスト（A/TA/T）生産能力増強）生産能力増強

・民生用途・民生用途 ：： 20092009年年99月月比比 2.62.6倍倍（（20092009年度年度 約約3030億円億円 20201010年度年度 約約1515億円）億円）

・自動車用途・自動車用途 ：： 20092009年年99月月比比 2.32.3倍倍（（20200909年度年度 約約2020億円億円 20201010年度年度 約約1010億円）億円）・産業用途・産業用途 ：： 20092009年年99月月比比 1.41.4倍倍 （（20201010年度年度 約約1010億円）億円）

2009年度約50億円、2010年度約100億円の投資で増強する生産設備は、段階的に稼動し、2011年4月に増強完了予定

2009年9月を100とした場合の生産能力

140100100産業用途

230140100自動車用途

260200100民生用途アセンブリー・テスト（A/T）生産能力

2501001008インチウエハー生産能力

2011年4月2010年10月2009年9月

11

グローバル販売/生産/開発・設計/技術サポート拠点

日本PRX

MEUS

ME-TWNME-HK

MEU

ME-AUST

ME-SHGEM

MEAP(BGR)

PRX-BRA

IT セミコン（株） （兵庫県丹波市/豊岡市）パワーモジュール工場

三菱電機（株）パワーデバイス製作所開発・設計

三菱電機（株）先端技術総合研究所開発

三菱電機（株）パワーデバイス製作所熊本工場ウエハー製造

パワーデバイス国内拠点

三菱電機（株）本社販売拠点

生産拠点

技術拠点

ＩＴセミコン（株） （福岡市）パワーモジュール工場

12

パワーデバイスのイノベーション

13

・ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝとは、発明、発見に基づいて新製品を開発し、産業(事業)を大きく変革する行為

・ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝには持続的ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝと破壊的ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝとがある

性能・ｺｽﾄを満足して製品となる

ｺｽﾄ低減要求値

持続的ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝ

1. 強い事業をより強く

製品価値の持続的向上

2. 新たな強い事業の創出

ﾌﾛﾝﾃｨｱﾋﾞｼﾞﾈｽ

3. 基盤技術・基礎技術

製品ライフサイクル

性能しきい値

破壊的ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝ

2. 新たな強い事業の創出

ﾊﾟﾗﾀﾞｲﾑｼﾌﾄ

生産性向上

性能向上・コスト低減

最先端IGBT、SiCパワーデバイスの早期実用化

～持続的イノベーションと破壊的イノベーション～

Siﾊﾟﾜｰﾃﾞﾊﾞｲｽ（最先端IGBT)

SiSiﾊﾟﾜｰﾃﾞﾊﾞｲｽﾊﾟﾜｰﾃﾞﾊﾞｲｽ

（（最先端最先端IGBT)IGBT)

SiCﾊﾟﾜｰﾃﾞﾊﾞｲｽ

SiSiCCﾊﾟﾜｰﾃﾞﾊﾞｲｽﾊﾟﾜｰﾃﾞﾊﾞｲｽ

14

最先端IGBT開発～持続的イノベーション：絶え間なき電力損失の低減～

E （Emitter）High hfeBipolar Tr 1st Gen 2nd Gen 3rd Gen 4th Gen

’80

5th Gen 6th Gen

’85 ’90 ’95 ’00 ’05 ’08 ’10

7th Gen

C （collector）

G （Gate）E （Emitter）

n+ buffer layer（ｴﾋﾟ）

pn+ p+

p+ substrate

n- layer（ｴﾋﾟ）

pn+ p+

n+ buffer layer(ｴﾋﾟ)

n- layer (ｴﾋﾟ)

p

p+

C

GE

p+ substrate

n+

n- layer (ｴﾋﾟﾚｽ)

np n+ buffer layer

p+

C

GE

第3世代 Planar IGBT3μm/PT型

キャリア蓄積層の導入薄ウエハー化

ウエハー裏面からの加工

Trenchゲート構造を採用集積度の向上

第第77世代世代 CSTBTCSTBTTMTM

（技術開発中）

第4世代 Trench IGBT1μm/PT型

第5世代 CSTBTTM

0.8μm/LPT型第6世代 CSTBTTM

0.4μm/LPT型

キャリア蓄積層

更なる損失低減を目指し、技術の高度化、最適化を進める

<主要項目>･薄ウエハー化・微細化

n- layer (ｴﾋﾟﾚｽ)

np

p+

C

GE

n- layer (ｴﾋﾟﾚｽ)

np

p+

C

GE＜イメージ図＞

構造最適化（MOSゲート部、

薄ウエハー化、電極平坦化)

通電損失

スイッチング損失

15

最先端IGBT開発～持続的イノベーション：絶え間なき電力損失の低減～

第6世代チップでインバーター動作において世界最小の電力損失を実現

・第6世代IGBTチップは、トレンチ間隔を従来の4μmピッチから2.4μm ピッチに狭め、通電損失の目安となるオン抵抗を約20％低減

・オン抵抗の低減によって、安全動作領域が小さくなる問題に対しては、『濃度プロファイルの最適化』技術を確立

従来（第5世代）IGBT 新開発（第6世代）IGBT

世界最小電力損失

16

- 1994- 1994 2000 - 20042000 - 2004 2005 - 20092005 - 2009へテロエピ技術デバイスプロセス基礎

ホモエピ技術高耐圧MOS FET基礎技術

3.7ｋWｲﾝﾊﾞｰﾀ-動作損失5050％減％減

11ｋWｲﾝﾊﾞｰﾀ-動作損失7070％減％減

2010 -2010 -

世界初のSiC-MOSFETｲﾝﾊﾞｰﾀ-による3.7ｋWﾓｰﾀ-駆動（2006年1月）

世界最高の低損失SiC-MOSFETｲﾝﾊﾞｰﾀ-動作実証（2009年2月）

高耐圧MOS FETプロセス基礎技術

SiCパワーデバイス開発～ 破壊的イノベーション：画期的な電力損失の低減～

SiCｲﾝﾊﾞｰﾀ-で世界最高値となる電力損失90%低減を実証（2009年11月）

20ｋWｲﾝﾊﾞｰﾀ-動作損失9900％減％減

MOSFET ： Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor

1995 - 19991995 - 1999

3mm□ 5mm□

1mm□

基礎研究基礎研究 試作開発試作開発 実用化開発実用化開発

•機器搭載開発•製品レベルの特性、信頼性検証•生産管理技術

▲

ラインライン構築構築

＊本開発の一部は独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構 （NEDO）の委託を受けて実施

◆ 基礎研究･試作開発フェーズから実用化開発フェーズへ

17

Siイ

ンバ

ータ

第5世代IGBT

100

30

電力損失（相対値）

80

08年度実証値

07年度実証値

50

10

SiCSi

第1世IGBT

250

Bipolar-Tr

350

09年度実証値

絶縁破壊強度禁制帯幅材料

0.31.1Si

33.25SiC

(MV/cm)(eV)

環境・エネルギー機器を革新するSiCパワーデバイス

◆ 大幅な低損失化、小型化（高パワー密度化）が可能◆ 環境・エネルギー機器の圧倒的省エネ化が可能

2020年時点での省エネ効果(予測) 原油換算で 724万kl削減100万kW規模の原子力発電所 7～8基分に相当

第6世代IGBT

18

◆ 2009年12月、 3000枚/月の処理能力を持つ4インチウエハー開発ラインを福岡地区（パワーデバイス製作所内）に構築2010年度社内向けサンプル提供、2011年度量産を計画

SiCデバイス開発拠点（尼崎：先端技術総合研究所）

SiC開発ライン（福岡：パワーデバイス製作所内）

SiCパワーデバイス開発ラインの構築

19

事業戦略・研究開発戦略・標準化戦略三位一体経営

事業戦略

研究開発戦略 知財/標準化戦略

シナジー、イノベーション&グローバル

20

オープンイノベーション体制

オープンイノベーション戦略

大学

標準化機関フォーラム等

政府・財団法人（国プロ）

研究開発独法（産総研等）

企業半導体・ﾃﾞﾊﾞｲｽ事業本部開発本部

生産ｼｽﾃﾑ本部

事業セグメント

重電システム

産業メカトロニクス

情報通信システム

電子デバイス

家庭電器

三菱電機

社外オープンイノベーション 社内オープンイノベーション

組織連携

ＩＳＯ，ＩＥＣ、ＩＴＵ委員・議長派遣

経産省、総務省等

京大､東工大等

社内オープンイノベーション

重電産メカ 情報通信

半導体 家庭電器

パワ－デバイスパワ－デバイス

高周波光デバイス高周波光デバイス

電鉄エレベーター

エスカレーター

EV/HEVＮＣ

サーボ

人工衛星ＳｉＣIGBT

エアコン冷蔵庫

太陽光発電

開発本部／生産システム本部

半導体・デバイス事業本部 半導体ﾚｰｻﾞｰ

高周波ﾃﾞﾊﾞｲｽ

車載ﾚｰﾀﾞｰ 光通信ﾚｰﾀﾞｰｼｽﾃﾑ

ｽﾏｰﾄｸﾞﾘｯﾄﾞ ﾚｰｻﾞｰTVﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾀ-

21