2016-1

"社會元器件" 特別對談

凡轉載自日經BP社技術信息網站"日經技術在線"2016年7月至2017年2月的內容,均獲得了相關許可,特此聲明。

※為發布時的所屬單位和職務。

高效化的技術推動創造新社會的新產業革命

在為實現"第4次工業革命"而舉國一致推動"Industrie 4.0"(工業4.0)的德國,每年都舉辦世界最大規模的工業展會"漢諾威工業博覽會"。來自日本的羅姆于2016年首次參加了這一展會。在博覽會的現場,主管羅姆新一代功率器件業務的伊野和英與在德國代表性商用連接器廠商菲尼克斯電氣主管Industrie 4.0相關項目的Frank Knafla,就新工業革命的未來,以及實現未來所需要的技術等進行了探討。

伊野

 剛才我參觀了貴公司的展位,菲尼克斯電氣提供的產品的確種類繁多。

Knafla

 創立于1923年的菲尼克斯電氣最初經營的是配電系統使用的端子板。之后隨著產品種類的增加,經營范圍逐漸擴大,在20世紀60~70年代實現了快速發展。20世紀80年代中期,我們進入了FA(Factory Automation)市場,構建起了現在的業務體制。目前經營著電源、過壓保護元件、商用網絡設備、PLC(Programmable Logic Controller)、HMI(Human Machine Interface)、安全設備等多種產品??梢哉f實現生產自動化需要的產品應有盡有。在工業設備領域,我們作為德國代表性企業之一,在國內外享有廣泛的知名度。

 羅姆是半導體和電子元器件供應商吧?

伊野

 是的。羅姆的總部設在京都,成立于1958年,最初生產的是電阻器。1967年,我們進軍晶體管、二極管等半導體器件市場。如今,LSI等半導體器件已經占到了銷售額的90%以上。最初主要面向的是消費類電子產品。最近,工業設備和汽車用產品在銷售額中所占的比例越來越高。

Knafla

 羅姆經營種類繁多的半導體器件,請問伊野先生主管什么?

伊野

 我主管使用SiC(碳化硅)的新一代功率器件等功率器件業務。功率器件是指大功率半導體器件。傳統功率器件的材料是以Si(硅)為主流,而SiC具備"高耐壓"、"高效"、"高速"等很多比Si更優秀的特長。羅姆于2010年在全全球率先量產SiC功率MOSFET。從那以來,一直在業內領導著SiC功率器件的技術開發。

 Knafla先生擁有"Master Specialist Industrie 4.0"的頭銜,請問您主管的是什么業務?

Knafla

 日本的各位朋友應該都很清楚,"Industrie 4.0"是德國開展的旨在推動制造業發展的國家工程。我的職責是推動本公司開展與這一工程相關的活動。我還作為Industrie 4.0相關事務的對外窗口,負責對外宣傳公司的舉措和技術。在2013~15年,我還是Industrie 4.0的事務局、也就是Platform Industrie 4.0的運營委員會及工作組的成員。

實踐性的產品和技術成為焦點

伊野

 利用IoT和AI等先進技術改革制造業,也就是力爭實現"第4次工業革命"的活動如今已成為全球趨勢。而為這一趨勢的加速創造契機的,應該就是德國的Industrie 4.0。世界各地從事制造業的眾多技術人員都在關注這一動向。

Knafla

 之所以要推行Industrie 4.0,是因為以發達國家為中心,消費者的需求已變得多元化。消費者開始追求符合自己喜好的產品。也就是說,制造業原本以"量產"為前提的業務模式已不再為市場所接受。這就需要為制造業搭建一種嶄新的平臺,以適應按照消費者個人需求高效生產定制產品的"大規模定制"。IoT等眾多先進技術可為此提供幫助。本公司已在內部啟動了具體措施,同時也開始向著手改革制造業的企業提供各種解決方案。

伊野

 在日本也出現了與Industrie 4.0瞄準同一目標的舉措。因此,日本的技術人員也非常關注Industrie 4.0。

 在與第4次工業革命相關的眾多技術之中,IoT占據了重要位置。雖然直到最近,關注的焦點都還集中在IoT的概念本身,但是,包括"如何將IoT應用于業務"、"怎樣才能實現IoT機制"在內,越來越多的企業也開始從實踐的角度來思考IoT。

 為了滿足這些企業的需求,羅姆正在以最快的速度開發實踐IoT必不可少的傳感和無線通信產品。擴充了傳感器器件及無線通信模塊的種類。

解決社會課題的先進技術

伊野

 通過第4次工業革命,除了順應社會變化,實現新的制造業機制之外,人們還希望解決"社會老齡化"、"能源問題"、"地球環境"等工業發達國家直面的諸多社會課題。羅姆希望通過提供先進的電子元器件,為此做出貢獻。

 作為相關舉措的一環,為了向更多的歐洲朋友介紹我們的技術和解決方案,我們此番首次參加了漢諾威工業博覽會(圖1)。日本的半導體廠商還很少參加這一展會。這次我們展示了IoT系統用無線通信模塊、各種傳感器和由我主管的SiC功率器件等。

圖1 2016年首次參加漢諾威工業博覽會的羅姆設置的展位。展示了預定配備SiC肖特基勢壘二極管的Formula E Car
圖1 2016年首次參加漢諾威工業博覽會的羅姆設置的展位。展示了預定配備SiC肖特基勢壘二極管的Formula E Car
Knafla

 因為本公司經營的產品是商用,所以對于個別產品直接影響我們的日常生活,并沒有太大的直觀感受。但我堅信,通過利用我們的產品實現工序間密切聯動的先進生產工藝,利用智能設備和互聯網推進先進的自動化,一定會產生影響社會的沖擊力。但要想實現這些,在現場工作的人們還需要掌握新的知識。

 積累這些知識的舉措已首先在公司內部展開。我們創造機會,從制造現場到開發部門,向所有部門介紹了Industrie 4.0的意義。目的是要讓大家認識到自己的作用。而且從現在開始,在所有部門,流程的數字化程度都會越來越高。在這個過程中一定會需要新技術。通過培訓來消除對于新技術的擔心也是必不可少的。我們現在正在做準備,很快就會啟動初級培訓計劃。為了讓大家掌握廣博的知識,我們還準備了學習無線通信技術的計劃。

多方面發揮技術優勢

伊野
圖2 伊野向Knafla介紹SiC功率器件的最新技術
圖2 伊野向Knafla介紹SiC功率器件的最新技術

 羅姆的主力產品雖然是電子元器件,但在開發產品的時候很注重結合社會課題。舉個例子,元件的小型化有助于減少構件的消耗量。節能是重要的社會課題之一,而我主管的SiC功率器件,是能夠直接為解決這一課題做出貢獻的技術之一(圖2)。

 SiC與Si(硅)相比,具有約10倍的高介電擊穿強度、約3倍的大帶隙和約3倍的導熱率,特性十分優良。因此,通過將過去的Si功率器件置換成SiC功率器件,可使電路中產生的功率損耗降低1位數。

Knafla

 這個數字真令人吃驚。

伊野

 利用SiC功率器件不僅可明顯降低電路的發熱量,而且SiC比Si更耐熱,因此可以縮小散熱器等冷卻系統。通過利用這一特長推進產品的小型化和輕量化,應該還可降低整個系統的能耗。

 比如說在不久前,我們面向通用變頻器、制造設備等工業設備的輔助電源,開發出了耐壓為1700V的SiC-MOSFET。而在過去,耐壓達1000V以上的Si-MOSFET因為導通損耗大,在工作時發熱非常嚴重。因此必須安裝大體積的散熱元件。而且還需要對周邊元件的安裝設限,這些因素制約了小型化的發展約。而新開發的SiC-MOSFET的導通損耗只有Si-MOSFET的8分之1,不僅可以縮小散熱元件,還可以放寬對安裝的限制。通過結合專為SiC-MOSFET驅動所開發的AC/DC轉換器控制IC,效率最多可以提高6%,改善效果非常顯著(圖3)。

圖3 SiC功率器件的優勢
圖3 SiC功率器件的優勢
Knafla
圖4 菲尼克斯電氣展示面向汽車行業的高效化解決方案
圖4 菲尼克斯電氣展示面向汽車行業的高效化解決方案

 高效率利用能源的技術在今后估計會越來越重要。在本屆漢諾威工業博覽會上,本公司展示了搶先把握市場需求的先進解決方案,其中的一大主題是"提高能效"。具體來說,我們展示了在汽車生產線上提高能效的解決方案(圖4)。我在2010~12年期間,還參加了旨在削減汽車制造系統能耗的行業倡議組織"Green CarbodyTechnologies"。我們似乎都在參與"高效化"這個共同的主題。

 推進高效化的一個重點,是要降低個別部件的能耗。通過采用管理制造系統的總生產效率和能效的系統,應該可以大大提高效率。

 我們以前與提供服務器機房的公司就削減功耗展開過合作。對方事前只告訴我們服務器的核心,即微處理器所配備的5V電源需要削減功耗。但放眼整個服務器機房,不只是微處理器,照明和HVAC(HeatingVentilation and Air Conditioning)的耗電量也很大。為此,我們構想出了連同HVAC在內,對整個流程進行控制的智能管理系統。

伊野

 在追求高能源效率的時候,重要的是設備與系統兩手抓。通過這樣的方式來優化整個系統的功耗是必不可少的。

技術人員需要具備廣博的知識

Knafla

 估計很多地方都需要以系統為整體進行優化。但像工廠這樣大規模的系統,是由機械、控制、半導體、ICT(信息通信技術)等眾多技術組成的。為這樣的系統開發優化解決方案的技術人員,需要在一定程度上了解廣泛領域的技術,掌握全面俯瞰系統的能力。但實際上,技術人員往往只顧著鉆研自己的專業領域,能跳出自己的領域,與其他領域的專業人士交流的并不多。但在今后,技術人員應該跳出自己的世界,與新領域的技術人員積極交流。通過與不同領域的人士進行討論,將會大幅提高為當前課題找到最佳解決方案的可能性。

伊野

 實現第4次工業革命的努力才剛剛開始。今后一定會涌現出許許多多的課題。對于我們來說,這會是一個商機。但我們不能只盯著啟用IoT等新技術不放,應該還需要明確啟用技術的目的。

Knafla

 您指出的這一點非常重要。我還有一點想要補充。這是我一直在思考的非常重要的一點。那就是"路越走越寬"。也就是說,先有Industrie 4.0的概念,再開發IoT系統等也是一個可行的框架。但就目前而言,Industrie4.0、IoT都還沒有確切的定義。明確定義是實踐IoT理念的必需條件。只要明確了目的,技術人員就可以為達成目標而開發新的技術。

伊野

 羅姆開發過很多定制LSI。在開發定制LSI時,認真聆聽顧客的要求很重要。在此基礎之上,我們一直在努力為解決顧客的課題提供多樣化的選擇。今后也將通過相同的方式,為解決第4次工業革命中出現的課題積極提供解決方案。

今天非常感謝您接受訪問。

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