パワーディスクリートおよびモジュール市場 サイズと展望 2023-2031

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市場動向

世界のパワーディスクリートおよびモジュール市場の牽引要因

様々な業界分野におけるパワーエレクトロニクスモジュールの需要増加

「パワーエレクトロニクス」と呼ばれるエレクトロニクス分野は、電力の変換と制御に関係しています。高い破壊電界強度や広いバンドギャップといったシリコンカーバイド半導体の特性は、パワーエレクトロニクスへの応用を可能にしています。例えば、これらの部品は、水力発電車両のメインインバータ、シートコントロール、ブレーキシステムなど、自動車用エレクトロニクスの制御において極めて重要です。

SiCパワーエレクトロニクスは、航空機に搭載される発電機やアクチュエータにおけるエネルギー変換にも役立ちます。パワーエレクトロニクスは、民生用電子機器、産業用モーター駆動装置、航空・自動車など、様々な業界で利用が拡大しているため、その用途は拡大しています。そのため、SiCは、産業プロセスや電気・電子機器の動作における効果的な電力制御・管理機能を備えているため、様々な産業分野に適しています。こうした要因が市場の成長を牽引しています。

電気自動車、プラグイン電気自動車、ハイブリッド電気自動車の需要拡大

シリコン半導体技術をベースとした従来のパワーエレクトロニクスの効率は、一般的に85%から95%の範囲です。これにより、電気エネルギーの約10%が熱として失われます。SiCデバイスの電界強度は、シリコン半導体の約10倍（2.8MV/cm vs. 0.3MV/cm）です。この高い電界強度により、SiC基板に薄い層構造を適用することが可能になります。さらに、SiCの高周波スイッチングは、電気自動車の消費電力を低減します。

SiCは、純粋なSiベースの半導体デバイスに比べて3倍の熱伝導率を持ち、より高温での動作を可能にします。電気自動車やハイブリッド車の需要増加を受け、様々な市場ベンダーがSiCベースのソリューションの製造に多額の投資を行っています。インフィニオンテクノロジーズなどの大手企業は、電気自動車や太陽光発電インバータ市場の成長に伴い、パワーデバイスの製造に多額の投資を行っています。例えば、インフィニオンテクノロジーズとCree社は2018年2月にシリコンカーバイド（SiC）ウェハを供給するための戦略的長期供給契約を締結しました。したがって、電気自動車の需要増加が市場の成長を後押ししています。

世界のパワーディスクリートおよびモジュール市場の抑制

GaN材料の供給不足

GaNベースのパワーコンポーネントは、一定の抵抗値とブレークダウン電圧において、シリコンベースのコンポーネントよりも小型のデバイスに組み込むことができるため、市場でより人気があります。しかし、GaNパワーデバイスの大規模な商用化における最大のハードルは、入手しやすさの低さです。一部のGaNデバイスは容易に入手可能ですが、選択肢は限られています。特に、オフライン電源に必要な600以上の電圧に対応するデバイスは少ないです。さらに、デバイスの定格や特性が標準化されていないことも、GaNパワーデバイスの広範な採用を阻んでいます。市場にはどのデバイスにもセカンドソースとなるものが存在せず、これがGaNデバイスの広範な採用における最大の課題となっています。

世界のパワーディスクリートおよびモジュール市場の機会

HVDCおよびスマートグリッドにおける政府の取り組み

高電圧直流（HVDC）送電システムとスマートグリッドでは、GaNパワーデバイスが使用されています。これらのデバイスは信頼性が高く、柔軟なネットワークトポロジーを提供し、負荷調整能力が向上し、リアルタイムのトラブルシューティングを可能にします。パワーデバイスは高電圧を制御できるため、高効率で高周波スイッチングが可能です。さらに、パワーモジュールはモジュラー・マルチレベル・コンバータ（MMC）に使用され、電力損失を低減します。そのため、GaNパワーデバイスモジュールを搭載したコンバータは、HVDCシステムで広く使用されています。

さらに、中国、日本、米国などの各国政府は、電力網の強化を目的としてスマートグリッド技術に多額の投資を行っています。したがって、これらすべての要因が、パワーディスクリートおよびモジュール市場の成長に有利な機会をもたらすと期待されています。

セグメント分析

世界市場は、タイプ、コンポーネント、材料、および業界別に二分されています。

タイプ別に、世界市場はパワーディスクリートとパワーモジュールに二分されています。

パワーモジュールセグメントは最大の市場シェアを占めており、予測期間中に5.3%のCAGR（年平均成長率）で成長すると予測されています。パワーモジュールは、放熱用の銅ベースプレート上に実装された絶縁基板上に複数の半導体チップが搭載されています。これらのモジュールは、ハーフブリッジ、フルブリッジ、チョッパーなど、さまざまな構成で提供されています。IGBTモジュールは、高出力の産業用アプリケーションや牽引車両に広く使用されています。パワーモジュールは、比類のない効率と耐久性により、ここ数年で需要が増加しています。パワーモジュールは、電力管理における新たな進化のステップです。  

さらに、多くの業界では、溶接機、圧延機、水ポンプなどの高電圧アプリケーションの動作にIGBTおよびMOSFETモジュールを採用しています。IGBTベースの技術は、欧州諸国のトロリーにリーク電流の低減と効率向上のために採用されています。IGBTモジュールはコスト効率が高く、高電圧でも容易に制御できるため、現在のビジネスシナリオでは好まれており、市場の成長につながっています。

コンポーネント別では、世界市場はサイリスタ、ダイオード、整流器、MOSFET、IGBT、その他に分類されます。 

IGBTセグメントは市場への最大の貢献者であり、予測期間中に7.81%のCAGR（年平均成長率）を示すと予測されています。 IGBTは、電子スイッチデバイスとして使用されるパワー半導体の一種です。また、少数キャリアデバイスであるため、スイッチング速度が速く、効率も高くなります。 MOSFETとバイポーラ接合トランジスタ（BJT）をモノリシックに組み合わせたIGBTは、スイッチング速度を向上させ、再生可能エネルギー源や電気自動車の電力損失を抑制します。

さらに、スマートガジェットにおけるパワーエレクトロニクスの成長は、主要企業による広範な研究開発と製品投入によって推進されています。IGBTデバイスは、その高い効率性から、電気自動車や産業用システムに広く使用されています。 EV需要の急増と高電圧動作デバイスのニーズ増加により、エネルギー・電力、自動車、民生用電子機器、産業分野におけるIGBTの採用が拡大しています。

材料ベースでは、世界市場はシリコンカーバイド（SiC）、窒化ガリウム（GaN）、その他に分かれています。

市場の大部分を占めるのはGaNセグメントで、予測期間中は3.2%のCAGRで成長すると予測されています。窒化ガリウム（GaN）トランジスタは、シリコンベースのトランジスタの高性能代替品として進化してきました。GaNトランジスタは、シリコンデバイスよりも一定の抵抗値と耐圧でよりコンパクトなデバイスを製造できます。これらのパワーコンポーネントは、極めて低い抵抗と高周波スイッチングを実現できます。これらの特性は、高効率電源、電気自動車（EV）、ハイブリッド電気自動車（HEV）、太陽光発電インバータ、RFスイッチングなどに活用されています。これらは、サーバー、IT機器、高効率・安定電源、EVおよびHEVデバイスの電源に適用可能です。

高周波機器におけるGaNの需要増加、通信業界での採用拡大、AC急速充電器、LiDAR、ワイヤレス給電の需要急増が、市場におけるGaNパワーコンポーネントの成長を牽引しています。さらに、これらのデバイスはシリコンデバイスと比較して優れた利点を備えています。

業界別では、世界のパワーディスクリートおよびモジュール市場は、通信、産業、自動車、再生可能エネルギー、民生・企業向け、軍事・防衛・航空宇宙、医療の4分野に分類されています。

産業分野は市場への貢献度が最も高く、予測期間中に6.5%のCAGR（年平均成長率）で成長すると予測されています。世界の産業セクターでは、大きな変革が起こっています。クラウドインフラ、技術革新、そしてサプライチェーン分析の力を活用し、この分野の産業は力強い成長を遂げています。さらに、工業製造業は世界のGDPに大きく貢献しており、発展途上国と先進国双方にとって依然として極めて重要な産業です。高出力産業用スイッチング電源（SMPS）、無停電電源装置（UPS）、産業用モーター駆動用可変周波数駆動装置（VFD）、大型太陽光発電インバータにおけるパワーモジュールの使用量の増加は、産業用途向けパワーディスクリートおよびモジュールの成長を牽引しています。

地域分析

地域別に見ると、世界のパワーディスクリートおよびモジュール市場は、北米、ヨーロッパ、アジア太平洋地域、LAMEA（ラ・メリア・中東・アフリカ）に分かれています。

アジア太平洋地域が世界市場を席巻

アジア太平洋地域は、世界のパワーディスクリートおよびモジュール市場において最も重要な市場であり、予測期間中に7.2%のCAGR（年平均成長率）で成長すると予測されています。アジア太平洋地域は、高電圧電力用の大規模発電所の存在、パ​​ワーモジュールの需要増加、そして人口増加により、パワーディスクリートおよびモジュール市場の成長率において最も魅力的な地域です。さらに、総電力エネルギーの約70%は、電力部品を組み込んだパワーエレクトロニクスシステムによって処理されると推定されています。これらのデバイスは、自動車、再生可能エネルギー発電所、電力網インフラなどの用途に広く採用されています。さらに、これらの組織は、先進技術を用いた電力インフラの構築に向けて、様々な取り組みを行っています。あらゆる業種の組織が、電力管理を確実に行うためのパワーデバイスの重要性を認識しています。自動スイッチングデバイスとパワーモジュールへの高い需要も、市場の成長を後押しするでしょう。

ヨーロッパは、予測期間中に6.5%のCAGR（年平均成長率）を示すと予想されています。ヨーロッパは、パワーディスクリートおよびモジュールにおいて、世界で2番目に生産性の高い市場です。自動車業界におけるパワーマネジメントデバイスの採用増加が市場の成長を後押ししています。さらに、ヨーロッパ企業はパワーエレクトロニクスデバイスへの認知度向上に積極的に取り組んでおり、市場を牽引しています。デジタル電子機器の増加、先進的な電気自動車や先進的な仮想システムの普及率の高さは、ヨーロッパにおいてパワーディスクリートおよびモジュールに多くの成長機会をもたらしています。先進的な電気自動車の需要により、ヨーロッパ諸国では​​近いうちに市場が急成長することが予想されます。政府による子会社設立、中小企業の買収、低消費電力デバイスの導入といった積極的な取り組みが、市場全体の成長を牽引しています。

加えて、効率性、耐久性、歪みの最小化といった要素が、小型パワーモジュールの需要を押し上げています。さらに、自動化アプリケーションやリアルタイムモニタリングの需要増加も、この地域におけるパワーコンポーネントの需要を牽引する要因となっています。

北米は、パワーディスクリートおよびモジュール市場の収益において大きなシェアを占めています。これは、米国やカナダといった国々が、パワーコンポーネントを大規模に搭載するEVやHEVの普及促進を通じて、大気汚染抑制への取り組みを強化していることに起因しています。さらに、米国の最高国防予算も、この地域のパワーディスクリートおよびモジュール市場の成長を促すもう一つの要因です。米国に拠点を置くパワーコンポーネント企業は、電子戦や先進レーダーにおいてパワーコンポーネントが好まれるようになり、国際的な軍事政策の恩恵を受けています。さらに、北米におけるパワーモジュールの採用増加と電子機器の販売増加が、パワーディスクリートおよびモジュール市場の成長を牽引しています。さらに、電力・エネルギー分野における耐久性の高いパワーモジュールの需要増加も市場の成長を後押ししています。例えば、2018年10月、電力・熱管理企業であるDelta Electronics, Inc.は、シリコンカーバイド（SiC）MOSFETデバイスを用いた電気自動車（EV）用高速充電器の開発研究プログラムを発表しました。

LAMEAには、ブラジル、サウジアラビア、南アフリカ、そしてLAMEAのその他の地域が含まれます。LAMEAは世界のパワーディスクリートおよびモジュール市場におけるシェアは小さいため、潜在的な投資機会を秘めています。先進技術と電子機器への需要の増加、そして小型パワーモジュールとICへの認知度の高まりが、この地域のパワーディスクリートおよびモジュール市場の採用を促進すると予測されています。

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パワーディスクリートおよびモジュール市場のトップ競合他社

1. Infineon Technologies AG
2. Mitsubishi Electric Corporation
3. Toshiba Corporation
4. ON Semiconductor
5. STMicroelectronics
6. NXP Semiconductors
7. Renesas Electronics Corporation
8. Texas Instruments
9. ROHM Semiconductors
10. Semtech Corporation

最近の開発状況

• 2022年10月 - 窒化ガリウム（GaN）ソリューションの世界的リーダーであるVisIC Technologiesと、自動車業界向け先進電子部品のグローバルリーディングメーカー兼サプライヤーであり、製造施設を有する京セラAVXザルツブルクは、協業​​を拡大しました。両社は、パッケージング、組立、GaNウエハ技術における専門知識を融合し、充電や電動ドライブトレインなどの高電圧アプリケーション向けの高電流部品を開発しました。
• 2023年1月 - フォルクスワーゲンは、オンセミコンダクターと戦略的調達契約を締結しました。フォルクスワーゲンは、この「戦略的」供給契約を通じて、次世代電気自動車向けのパワー半導体を確保したいと考えています。オンセミコンダクターのVW向け駆動コンバータ向けSiCモジュールとトランジスタは、モジュールとトランジスタに重点を置いています。