2017-2 MV

社會元器件 特別對談

此內容經本文作者許可印刷,并于2017年8月至2018年2月期間發布在由Nikkei Business Publications, Inc.
運營的工程信息網站“Nikkei Technology Online”上。

※在此內容發布時,公司和職務信息均真實且正確。

貢獻“高效化”屬于企業責任 技術人員支持及革新技術可成為巨大助力

在社會各界正在越來越關注全球變暖、化石燃料枯竭等地球環境問題的大背景之下,將能源及材料消耗抑制到最低的高效化生產,逐漸成為了全社會的重要課題。為了實現能夠解決這些課題的技術革新,企業究竟應當擔起怎樣的責任,其中的核心技術動向又如何呢?針對這些問題,我們將目光投向了在全球經營與能源消費密切相關的自動化技術及技術人員教育事業的德國Festo公司,特意邀請了在其中主導高效化工作的Nico ,以及在半導體制造商羅姆中負責推進革新性功率元器件事業的Aly ,聽聽他們的說法。

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Mashaly先生

 近年來,地球環境問題成為了普遍存在的問題。各行各業的企業也由此開始重視起了“高效化”技術的革新。半導體制造商羅姆當然也不會例外。

 羅姆以電阻器制造商的身份誕生于1958年。其后,在不斷拓展經營領域的同時,將事業核心轉移到了半導體領域,發展至今,半導體銷售額已占據企業整體銷售額的90%。同時推出了以LSI、二極管、MOSFET、IGBT為代表的各類功率元器件等豐富的產品種類,將目光聚焦在了高效化上。在這一系列舉措中,本公司投入精力最多的,就是采用SiC(碳化硅)的元器件研發。在以較大電能為對象的電力電子技術領域中,SiC是一種被寄予厚望的次世代半導體材料。在SiC技術及產品的研發領域,羅姆領先于業界。

 作為從事電力電子技術工作的人員,我擔任羅姆設立在德國杜塞爾多夫的技術研發中心“POWER LAB”的負責人。該中心的主要任務,就是扎根當地,開展電力電子技術領域系統水平的解決方案開發,并提供給客戶。該中心還是聯通歐洲客戶與日本研發部門的重要平臺。而最為關鍵任務主旨,還是高效化。

Pastewski先生

 Festo同樣在開展經營的過程中重視高效化。Festo是一家創建于1925年的家族企業,至今已然在自動化領域活躍了60多年。近年來,Festo還開始涉足面向制造業中數字化需求的產品及服務,將“革新性高效化技術”、“人機協作”、“教育”作為三大主題,圍繞其開展經營事業。對于始終致力于探尋可持續發展之路的Festo而言,抑制資源消耗及成本,是最基本的課題。

 本公司面向FA(Factory Automation)和PA(Process Automation)領域,提供氣壓驅動元器件、電動驅動元器件、自動化系統等各類產品。而在開展經營的過程中,我們關注的,是本公司應當對社會盡到的責任。氣候變化、少子老齡化、自然資源的匱乏等,各式各樣的社會問題正在不斷浮現。而我們的使命,正是解決這些嚴峻的課題。為了踐行這一使命,我們制定了六大活動領域(fields of activity)。其中之一,就是“能源高效化(Energy Efficiency)”(圖1)?!∑渌宕蠡顒宇I域分別是“技術教育(Technical Education)”、“材料高效活用(Material Usage)”、“環境、能源、建筑(Environment, Energy and Construction)”、“健康與安全(Health and Safety)”、“終生學習(Lifelong Learning)”。

圖1 介紹Festo公司圍繞“能源高效化(Energy Efficiency)”開展的各項舉措的展示廳(德國埃斯林根)
圖1 介紹Festo公司圍繞“能源高效化(Energy Efficiency)”開展的各項舉措的展示廳(德國埃斯林根)

 我們開展能源高效化的范圍,并非僅僅局限在本公司內部。我們還希望通過向客戶企業提供的產品及解決方案,幫助外部企業實現能源高效化。Festo以環球規模開展經營事業,客戶遍布全球各地。因此,我堅信,Festo為實現高效化所做出的努力,能夠在全球獲得成效。

Mashaly先生

 我認為,在推進能源高效化的過程中,電子技術的作用將會實現大幅提升。這是因為工業用系統及汽車行業正在推進電動化。與此同時,電能在整體能源消費量中占據的比例正在升高。隨著這一比例的升高,促進電能高效利用的技術,或許將會發揮更大的波及效果。

 例如在常規的電力系統中,經常會采用轉換電壓的DC/DC轉換、轉換直流與交流電的AC/DC轉換技術。雖然近年來這類電路的轉換效率已經提升到了85%?95%,但同樣也意味著仍舊會出現平均10%左右的電能損耗。由于在人類生活的各類環境中,轉換電路無處不在,因此10%的電能損耗實際上是一項非常龐大的損失。

圖2 幫助實現高效化的SiC晶圓
圖2 幫助實現高效化的SiC晶圓

 本公司正在全力研發的SiC功率元器件,作為能夠幫助解決這一問題的重要技術,正在各類領域推進實用化進程(圖2)。例如太陽能發電系統的功率調節器以及家用空調等。

 采用SiC的功率元器件,與使用Si(硅)的傳統功率元器件相比,具有元器件內部電能損失更小的優點。通過盡可能地發揮SiC元器件的這一優勢,甚至有可能實現有效功率無限接近于99%的高效轉換電路。因其發熱量更小,還能實現散熱元器件的小型化。換言之,SiC元器件還有利于推進實裝設備的小型化發展。

Pastewski先生

 即使每一臺獨立設備或系統節省下來的能量微不足道,但若能實現在整個汽車及工業設備領域的普及,將在全社會層面上獲得不俗的成效。裝設有半導體元件的設備數量已經變得非常龐大。半導體元件的相關技術,在推進社會整體能源高效化的過程中,肩負著相當重要的任務。

Mashaly先生

 當下,作為電動汽車改革的試金石,純電動汽車的汽車方程式比賽“Formula E”正在吸引汽車制造商及供應商的大批關注,觀看過這一賽事之后,或許人們就能感受到SiC功率元器件的無限可能了吧(圖3)。實際上,羅姆作為官方技術合作伙伴,正在為Formula E的Venturi車隊提供SiC功率元器件的技術服務。在2016年第3賽季投用到Venturi車隊車輛上的變換器,已經采用了我們研發的SiC二極管。相較于第2賽季時使用的變換器,成功實現了1.7%的效率優化,以及2kg的小型化。通過散熱系統的小型化及輕量化,變換器的冷卻部分體積更是成功實現了30%的縮減。在明年的第4賽季,我們還計劃提供包括MOSFET在內的全SiC模塊,力爭通過進一步的SiC化,推進變換器的小型輕量化。

圖3 參加電動汽車全球最頂尖賽事“Formula E”的車輛與搭載羅姆SiC功率元器件的該車變換器
圖3 參加電動汽車全球最頂尖賽事“Formula E”的車輛與搭載羅姆SiC功率元器件的該車變換器

 雖說是運用到了賽車上,但其實這些技術并非特殊的專用技術,在Formula E中推廣的SiC功率元器件技術,甚至可以被直接運用到市面上銷售的普通電動汽車(EV)上。羅姆希望將以SiC功率元器件為代表的電子技術作為抓手,推進社會整體的高效化進程。

Pastewski先生

 正如我剛才所說的那樣,Festo同樣也希望借助經營事業,為全世界的能源高效化做出貢獻。為此,我們正在圍繞支撐Festo經營事業的完整價值鏈,開展大量的活動。不僅是在國內,我們還正在開展面向整個歐洲及整個世界的大規?;顒?。

 而這諸多舉措的根本所在,就是Festo企業內部的活動。例如,位于德國Scharnhausen的Festo工廠,正在推進生產體系中的能源效率“可視化”。雖然最初只涉及了幾臺設備,到目前卻已經成功實現了對所有設備的能源效率監控。通過這一活動,可以直觀獲取確保元器件高效運行所必需的各類知識。這些知識不僅會被提供給制造部門,還會與產品研發部門共享,最終被反映到我們的產品中去。也就是說,Festo內部的舉措成果,將會直接對客戶生產設備的能源高效化提供助益。

 實際上,在本公司的產品群中,有許多設備是能夠幫助生產現場所用的設備節省能源的。面向“可視化”體系的產品也不在少數。我們還正在計劃全新發布,基于IoT(Internet of Things)理念的設備監控系統周邊產品。這些數字化技術,還有可能惠及Festo長期經營的氣壓驅動設備領域,為該領域帶來革新性的進步。例如智能模塊“MSE6-E2M”,這是一款能夠在控制生產設備壓縮空氣消耗量的同時,實現“可視化”的設備??胺Q數字時代代表性氣壓驅動元器件的革命性產品“Festo Motion Terminal”,則能夠借助安裝軟件的方式,實現各類節能功能。相信這些產品都能夠加快高效自動化設備的普及吧。

Mashaly先生

 羅姆的生產現場也在開展同樣的活動。羅姆是一家自營原料、半導體元件、模塊的全流程一貫式企業,屬于在全球范圍內都非常罕見的半導體制造商。為此,我們在日本國內外均設有工廠。在共約36家關聯企業中,大部分也都是生產性企業。無論是哪一家工廠,都在追求諸如引進高效制造設備等節能生產模式。在此過程中獲取的大量知識,將會在半導體元件,以及以此為基礎的解決方案開發中發揮作用。采取垂直統合型的生產體制,在深挖公司內部工廠問題點時的著眼點,以及解決問題的過程,都能直接為客戶課題的解決提供助益。還能基于本公司的經驗,以超前于客戶的形式提出問題,并提供相應的解決方案。當前,市場對半導體制造商的要求,并不僅僅是提供性能優越的半導體元件??蛻粜枰?,是能夠解決自身課題的解決方案。在回應這類客戶需求方面,內部工廠及研究開發中心的各項舉措將提供很大的幫助。

 此外,為了提供精準的解決方案,對客戶支援體制的強化同樣也是必不可少的。為了圍繞能源高效化進行客戶支援體制的強化,羅姆于2017年9月,在德國的杜塞爾多夫的研發中心中,又新設了“POWER LAB”。功率元器件配備了評測功率元器件所必需的最尖端測量及模擬條件,為歐洲的客戶提供與總部所在地日本國內同等水準的技術支持。

Pastewski先生

 技術人員的支持確實非常重要。因為在實現高效化、可持續社會的征程中,技術工程師的知識是一大關鍵。在實現大規模社會革新的過程中,許多技術都會發生飛躍式的變化。與此同時,大量的技術人員也要探索出全新的技術。技術教育正是Festo的重要活動領域之一。因此,我們正在積極地為技術人員提供技能提升服務。例如,Festo看準了制造業數字化的發展前景,最早推出了與之相關的技術教育課程計劃,提供關于信息物理系統的實踐性訓練。Festo不僅致力于技術及產品的研發,還希望從教育層面上,為高效社會的誕生提供支持。

Mashaly先生

 在我深入涉及的電力電子技術領域,已經開始發生革命性的變化。以我剛才介紹的SiC為首的寬禁帶半導體技術,正是其中的典型代表之一。在高電壓狀態下也能保持通態電阻,可實現高周波下的運轉。并且元器件本身也具有耐高溫等優越特性。雖然這是一項較為陌生的新技術,羅姆在該領域中已經具備了廣受認可、引領業界的高技術水準。

 在將寬禁帶半導體實際運用到各類設備,面向全社會推進能源高效化的過程中,或許會浮現出各類問題。羅姆作為一家在次世代功率元器件領域處于世界領先水平的企業,將盡力預測技術動向,針對今后可能直面的問題,率先著手制定解決對策,為盡早實現高效化社會做出貢獻。

 今天非常感謝您接受訪問。

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2017

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2016

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