2023 年度グラデュエーションペーパー
予稿
題

目

パワー半導体がデジタル半導体の二の舞にならない政策と戦略とは

技術経営論文学
籍番号

ビジネス企画提案

氏

8822233

半貫 恵司
名

教員

主査

若林秀樹 教授

担
当審査委
員

東京理科大学大学院

経営学研究科

技術経営専攻2023 年度

グラデュエーションペーパー予稿

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半貫恵司「パワー半導体がデジタル半導体の二の舞にならない政策と戦略とは」【目次】

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半貫恵司

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半貫恵司

図表 1 電力王で知られる松永安左ヱ門氏と創業当時の東邦産業研究所(現在の慶應志木高校) .....7
図表 2 小谷銕治氏と日本の産業発展に大きく貢献したセレン整流器製造工場 .............................7
図表 3 現在のサンケン電気社長である髙橋 広 社長と、新社屋のものづくり開発センター........8
図表 4 半導体と産業の関係............................................................................................................10
図表 5 ワールドワイドエレクトロニクス市場規模推移(2020～2027 年) .....................................10
図表 6 世界半導体市場規模予測（地域別）

図表 7 世界半導体市場規模予測（地域別） .. 11

図表 8 世界半導体市場規模予測（デバイス）

図表 9 世界半導体市場規模予測（IC） ..... 11

図表 10 パワー半導体の市場規模予測 ........................................................................................... 11
図表 11 2022 年パワー半導体市場シェアと市場規模予測 ............................................................12
図表 12 各種半導体の企業シェア ..................................................................................................12
図表 13 主な半導体の種類と特徴 ..................................................................................................13
図表 14 参考 パワー半導体説明資料 ...........................................................................................14
図表 15 半導体材料の動作電圧と電力損失

図表 16 素材による小型化の実現 ............15

図表 17 化合物半導体のデメリット...............................................................................................15
図表 18 中国国内の国産半導体比率と販売実績 ............................................................................17
図表 19 各国の半導体にかかわる政策のまとめ ............................................................................21
図表 20 半導体・デジタル産業戦略 半導体戦略全体像１ ............................................................24
図表 21 半導体・デジタル産業戦略 半導体戦略全体像２ ............................................................24
図表 22 先行研究まとめ .................................................................................................................25
図表 23 「２．半導体・デジタル産業を取り巻く状況」分析.......................................................26
図表 24 「３．半導体・デジタル産業戦略(令和３年６月公表)の実施状況」分析 .......................26
図表 25 「５．個別戦略」分析 ......................................................................................................27
図表 26 「半導体・デジタル産業戦略」におけるデジタル半導体とパワー半導体の記載分析 ...28
図表 27 本研究での政策提言..........................................................................................................29
図表 28 パワー半導体産業のサプライチェーン ............................................................................29
図表 29 各分野のパワー半導体使用数量 .......................................................................................30
図表 30 シリコンパワー半導体と化合物パワー半導体の関係企業と事業範囲 .............................31
図表 31 2pPack パワー素子内臓基板（出所：JPCA 2023_roadmap より抜粋） .......................32
図表 32 AT&S の部品内臓パワーFET デバイス（出所：JPCA 2023_roadmap より抜粋） ......32
図表 33 パワー半導体に関係する各企業のポジショニング ..........................................................33
図表 34 パワー半導体企業連携における縦連携・横連携 ..............................................................33
図表 35 企業の連携、統合・再編のための戦略的アプローチ案 ...................................................33
図表 36 パワー半導体の平均的サイズ

図表 37 ウェーハサイズと面積比 ................34

図表 38 システム LSI の製造コスト

図表 39パワー半導体の製造コスト ........35

図表 40 生産チップ数とチップコストシミュレーション ..............................................................36
図表 41 日本の半導体工場数

図表 42 パワー半導体の種類と割合(W/W).............36

図表 43 世界の半導体工場の月産生産量比較（200mm ウエハ換算，単位：百万枚/月） ...........37
図表 44 パワー半導体版 LSTC 構想イメージ ...............................................................................38
図表 46 次世代化合物半導体のプロセス比較 ................................................................................394

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1. 第 1 章

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半貫恵司

研究背景

１－１ 動機日本が強い半導体分野のひとつにパワー半導体がある。パワー半導体は多くのエレクトロ製品に使用され効率よく電気を制御する重要なものであり、カーボンニュートラルの観点からも強化するべき産業である。
日本のパワー半導体を更に強化するため、凋落したデジタル半導体の教訓を踏まえ、パワー半導体産業へどのような提言が出来るのか、検討した。
１－２ 筆者略歴
筆者は 1993 年にサンケン電気株式会社に入社し、一貫してパワー半導体の素子開発、プロセス開発に従事。現在は、パワー半導体素子設計部門の統括部長としてパワーデバイスおよび IC 開発のマネジメントを行っている。
１－３ サンケン電気について
サンケン電気は、1937 年に設立された東邦産業研究所が起源であり、1946 年 9 月 5 日に設立された。1962 年、会社はサンケン電気株式会社 1に名称を変更し現在に至る。
パワー変換技術やモーションコントロール技術などを基に、パワー半導体を開発、製造している。
2. 第２章半導体産業概要

２－１ 半導体産業の重要性
現在、半導体産業は、技術革新、環境問題への対応、デジタルインフラの発展という現代社会の重要な課題に対して、中心的な役割を担っている。
図表 1 半導体と産業の関係

出所：経済産業省「半導体・デジタル産業戦略」を元に筆者作成

1

東邦産研電気株式会社⇒サンケン電気株式会社。サンケンとは産業と研究を意味する。
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２－２ 半導体産業の市場規模
半導体は多くのエレクトロニクス製品に使用され、市場規模は拡大している。白物家電、情報通信インフラ、モビリティなどの分野での市場拡大に伴い、エレクトロニクス製品の全体としての年間平均成長率は 3％（2021 年から 2027 年）となる。それに伴い、半導体市場全体も、パワー半導体市場も、需要増加に伴い、大きく拡大している。
図表 2

パワー半導体の市場規模予測

出所：富士経済 2022 年版 次世代パワーデバイス＆パワエレ関連機器市場の現状と将来展望より抜粋※為替レート：1USD=141 円(2023 年 12 月 29 日)

２－２－４

パワー半導体企業シェア

パワー半導体の市場シェアは以下のようになっている。トップは外資系大手企業となるが日本は総合で高いシェアを誇っている。
図表 3 2022 年パワー半導体市場シェアと市場規模予測

出所：経済産業省「半導体・デジタル産業戦略」などを参考に筆者作成
２－３ 半導体の種類と材料半導体の種類と材料について整理し、どのような特徴があるのかを述べる。
２－３－１

半導体の種類

半導体はいくつかの種類に分けることができる。本論文では、ロジックとメモリーをデジタル半導体、パワーをパワー半導体と分けて進める。

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図表 48822233

半貫恵司

主な半導体の種類と特徴

出所：日本経済新聞資料より筆者加筆
２－３－２

パワー半導体の材料

パワー半導体に使われる材料には、広く使用されているシリコン（Si）の他、シリコンカーバイド（SiC）、窒化ガリウム（GaN）、酸化ガリウム（Ga2O3）といった材料がある。
図表 5

図表 6

半導体材料の動作電圧と電力損失

素材による小型化の実現

出所：NTT 技術ジャーナルより抜粋
3. 第３章出所：筆者作成

各国の半導体政策について各国の半導体政策について調査した。自国における半導体産業基盤を確固たるものにする動きが各国の半導体政策に表れていることが分かった。
図表 7

各国の半導体にかかわる政策のまとめ7

出所：筆者作成

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4. 第４章8822233

半貫恵司

問い

半導体産業が社会的にも重要であり、各国の半導体政策からもその重要性は示されたが、半導体産業に対する認識は半導体全般であり、パワー半導体に限っての重要性や政策については不十分な点もある。
そこでパワー半導体産業にとって重要な政策とはどのようにすべきなのか、各種の論文や著書、あるいは経済産業省等の各省庁の戦略について検討し、さらなる具体的な提案が可能なのか、考えたい。これが私がこの研究で行う問いである。
5. 第５章

先行研究

先行研究では半導体産業にかかわる様々な研究や論文、政策提言などと調べた。半導体産
業全体の国際競争、日本の半導体メーカーの衰退原因と対策、半導体産業の工場規模の分極化、日本の半導体政策が見えた。これらの研究は、半導体産業の歴史、現状、および将来の展望に関する洞察を提供しているが、特にパワー半導体に焦点を当てた詳細な分析は不足していた。
6. 第６章パワー半導体とデジタル半導体の政策提言の比較

経済産業省の半導体・デジタル産業政策で半導体産業においてはパワー半導体とデジタル半導体の政策提言の比較を行った。
図表 8「半導体・デジタル産業戦略」におけるデジタル半導体とパワー半導体の記載分析

出所：筆者作成
半導体・デジタル産業政策ではパワー半導体の重要性が認識され、必要性についての言及はあるが、その社会実装や研究開発の具体的な方法については記載がない。これを踏まえ、パワー半導体に関する政策や戦略の検討が必要となる。
7. 第７章パワー半導体に焦点を当てた政策提言

日本のパワー半導体がデジタル半導体の二の舞にならない政策と戦略について、ポイントを具体的内容にブレークダウンし、本研究での政策提言とした。
図表 9

本研究での政策提言

出所：筆者作成
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７－１ 連携・再編パワー半導体業界の再編、あるいは連携をするうえで重要なのは素材と前工程、後工程とPCB・基板実装業界の融合である。
日本のパワー半導体関連の企業を一覧に並べた。どのような連携が良いかはパワー半導体が使われるアプリケーションによって変えるべきである。どれがベストかは各企業の経営方針や企業文化なども考慮する必要がある。
図表 10 パワー半導体に関係する各企業のポジショニング

出所：各社 HP 等参考に筆者作成
図表 11

パワー半導体企業連携における縦連携・横連携

出所：筆者作成

７－２ 生産・工場
パワー半導体は様々なチップサイズがあるだけでなく、近年はシリコン材料以外にも SiCや GaN といった化合物材料による性能改善が行われている。これら次世代の半導体を生産するためには前工程である工場も充分に検討するべきであり、スケールメリットを追うだけの戦略は得策ではないと考える。
生産シミュレーションの結果が示す通り、既存工場をうまく利用したほうが安いということがわかる。さらに、日本には６，８インチの工場が多く稼働しており、この小口径の工場を多く持つ日本は少量多品種を生産するパワー半導体生産に適しているといえる。

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図表 12

シリコンにおける生産チップ数とコストシミュレーション(3mm□想定)

出所：筆者作成
図表 13

日本の半導体工場数

出所：筆者作成
７－３ 技術開発
今後の日本の産業発展のためにも、パワー半導体の開発拠点構築は非常に重要である。特に次世代パワー半導体の製造プロセスは素材によって違う部分と、共通の部分があり、素材、プロセス、パッケージの勘所をこのような開発拠点で開発することにより、競争力強化につなげていくことが可能となる。
図表 14 LSTC のパワー半導体版構想イメージ

10

出所：筆者作成

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７－４ 人材育成
半導体産業における人材育成は重要な課題であり、JEITA によると今後 10 年間で 4 万人の人材不足が予測され、産業界、教育機関、国がそれぞれ人材育成に取り組んでいる。
図表 15

産官学の人材育成

出所：経済産業省「半導体・デジタル産業戦略」より抜粋、筆者加筆
特に半導体の設計・検証には EDA（電子設計自動化）ツールが必須であり、これらの技術は AI や最新テクノロジーの進化によって進歩している。しかし、EDA ツールに特化した人材育成は十分ではなく、現状では主に各社の OJT（On-the-Job Training）やメーカーによるセミナーが行われている。この問題に対処するため、シミュレーションオープンラボの設立を提案し、特に産業界の JEITA が先導することで、早期の構築が可能であると考えられる。
図表 16

パワー半導体シミュレーションオープンラボ

出所：筆者作成
8. 第８章考察

4 つの提言、「連携・再編」、「生産・工場」、「開発拠点」、「人材育成」について期待する効果を検討し、想定される課題について検討を行った。
また、経済産業省の「半導体・デジタル産業戦略」と比較し計画も示した。
８－１ パワー半導体を強化するための政策提言と期待する効果
図表 17

4 つの提言とそれぞれ期待する効果と想定される課題の要約 出所：筆者作成

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８－１－５
図表 188822233

半貫恵司経済産業省の半導体・デジタル産業戦略の提言と比較
本研究における低減との比較表

出所：筆者作成
８－２ 本研究における政策提言の計画
これらの政策提言の計画を以下に示す。それぞれが有効に機能するためには、その順番があるだろう。人材育成は時間がかかるため、まず人材育成から始め、そして技術開発、生産戦略、そしてこの連携・再編の順序となる。これを時間軸でロードマップに落とし込んだ。
この計画により、日本のパワー半導体産業がシェアを維持拡大できると考えている。
図表 19

本研究における政策提言の実行計画

出所：筆者作成12

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9. 第９章8822233

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まとめ

９－１ 研究成果と先行研究に対する貢献
研究成果：
・ 素材と基板実装の重要性を示し、連携の仕方をまとめた。
・ パワー半導体は多様な用途から、チップサイズや仕様が多岐にわたるため、既存の6，8 インチ生産工場を上手に活用していくべきことを示した。
・ 技術力強化のため、LSTC をメタファーにパワー半導体版 LSTC を提案し、素材ごとに開発することを提案した。
・ パワー半導体産業における人材育成では設計シミュレーションに重点を置くことを示した。
貢献：
パワー半導体がエコ・省エネなど、重要性を増す中で、日本のパワー半導体産業をどのように進めていけば良いのかを示せたことが貢献である。
９－２ 今後の課題
今回の研究では主に前工程をベースに研究を行っており、後工程は出来ていない。今後は後工程についても、詳細な分析、検討が必要になるだろう。
また、化合物パワー半導体は大幅に性能向上が見込め、産業構造が変化していく。
これらの研究開発から社会実装に至るまでのプロセスについても、後工程も踏まえどのように進めるべきか分析する必要があるだろう。

10. ＜参考文献＞［ 1］クリス・ミラー，半導体戦争－世界最重要テクノロジーをめぐる国家間の攻防(2023年 2 月)
［ 2］近藤章夫，半導体デバイス産業における工場規模の分極化とその政策的含意（研究・イノベーション学会,2006）［ 3］新井聖子，日本の政策と日本企業連合の国際的孤立化－「All Japan」でよいのか？
（研究・イノベーション学会,2016）［ 4］馬場 嘉朗，パワー半導体産業の比較分析と微細化技術の導入効果に関する研究［ 5］JEITA 半導体部会、国際競争力強化を実現するための半導体戦略、2023 年版［ 6］経産省、半導体・デジタル産業戦略、2021 年 6 月［ 7］経産省、半導体・デジタル産業戦略、2023 年 6 月［ 8］若林秀樹，R&D の適性水準と成長率、収益率、割引率の関係式とテック業界を中心に実証を試み
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