อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำกำลัง (power semiconductor) เป็นองค์ประกอบสำคัญที่ทำหน้าที่เป็นสวิตช์และตัวเรียงกระแสที่มีประสิทธิภาพในวงจรไฟฟ้าต่างๆ ช่วยให้เราสามารถควบคุมและแปลงกำลังไฟได้โดยสูญเสียกำลังไฟน้อยที่สุด อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำกำลังได้ก้าวขึ้นมามีบทบาทสำคัญขึ้นอย่างมาก เนื่องจากทั่วโลกต่างมุ่งขับเคลื่อนสู่การประหยัดพลังงานและความเป็นกลางทางคาร์บอน

 

โตชิบาเป็นผู้บุกเบิกเทคโนโลยีอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำกำลังและมีบทบาทสำคัญในการผลักดันอุตสาหกรรมยานยนต์ให้เปลี่ยนผ่านสู่การใช้ไฟฟ้า อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำกำลังของโตชิบา นับได้ว่าเป็นหัวใจสำคัญในการจัดการกระแสไฟฟ้าในยานยนต์ไฟฟ้า (xEVs) ควบคุมการจ่ายไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้า และสลับกระแสไฟฟ้า ในฐานะผู้นำด้านการพัฒนาอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำกำลัง โตชิบามุ่งพัฒนามอสเฟตที่ทำจากซิลิคอน (Si)-MOSFETs เพื่อลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในภาคส่วนต่างๆ โดยเฉพาะในแวดวงการผลิตยานยนต์ไฟฟ้า เนื่องจากอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำกำลังที่ล้ำสมัยเหล่านี้ออกแบบมาเพื่อตอบโจทย์การใช้งานยานยนต์สุดหิน ทนต่อสภาพการใช้งานที่รุนแรง และลดอัตราการเกิดจุดบกพร่องในสินค้าให้ได้จนเกือบเป็นศูนย์

 

ภาพที่ 1 การนำอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำกำลังมาใช้ในยานยนต์กำลังเพิ่มมากยิ่งขึ้น

ชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์

ปี 2020 à ปี 2030 ชุด/คัน

 มอเตอร์โบลเวอร์ ยานยนต์ไฟฟ้า/อินเวอร์เตอร์ ตัวแปลงความต่างศักย์ไฟฟ้ากระแสตรง ที่ปัดน้ำฝน ประตูสไลด์ กระจก เบาะไฟฟ้า และชิ้นส่วนตัวถังอื่นๆ
35 à 48

(ราว 140%)

 พัดลมระบายความร้อน ระบบการจัดการแบตเตอรี่
มอสเฟต

ปี 2020 à ปี 2030 ชิ้น/คัน

 ระบบขับขี่ปลอดภัยอัจฉริยะ/

ระบบความบันเทิงในยานยนต์

 

 ไฟ
169 à 267

(ราว 160%)

 พวงมาลัยเพาเวอร์แบบไฟฟ้า ปั๊มน้ำ ปั๊มน้ำมันเครื่อง เกียร์ เบรก
ระบบขับขี่ปลอดภัยอัจฉริยะ

ระบบความบันเทิงในยานยนต์

ระบบการจัดการแบตเตอรี่

 

นอกจากนั้น โตชิบายังกำลังพัฒนาอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำกำลังรุ่นใหม่ที่ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและสมรรถนะ วัสดุทั้งสองช่วยให้สามารถจัดการแรงดันไฟฟ้าได้สูงขึ้นโดยมีความต้านทานต่ำลง ส่งผลให้ได้เอาต์พุตที่สูงขึ้นและอุปกรณ์มีขนาดเล็กลง นอกจากนั้น อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำซิลิคอนคาร์ไบด์ยังช่วยลดการใช้พลังงาน การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และขนาดอุปกรณ์ในยานพาหนะไฟฟ้า ทำให้สามารถใช้แบตเตอรี่ขนาดใหญ่ขึ้นและเพิ่มระยะทางการขับขี่ได้ ทั้งนี้ งานวิจัยของโตชิบามุ่งเน้นการเพิ่มสมรรถนะของอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำกำลังสำหรับการใช้งานต่าง ๆ รวมถึงยานยนต์ไฟฟ้า ระบบราง และการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมนอกชายฝั่ง โดยเน้นถึงคุณภาพและประสิทธิภาพ

 ภาพที่ 2 การส่งเสริมความเป็นกลางทางคาร์บอนทำให้เกิดการนำอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำกำลังรุ่นใหม่ไปใช้งานในรูปแบบใหม่ๆ มากยิ่งขึ้น

การคาดการณ์ตลาด SiC/GaN ขอบเขตการประยุกต์ใช้ SiC/GaN และโครงการริเริ่มของโตชิบา
พันล้านเยน GaN

อัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี 2022→2030 +38%

 ระบบราง

ลดการใช้พลังงานและน้ำหนัก

 การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมนอกชายฝั่ง

ช่วยลดการสูญเสียในการแปลงพลังงานและน้ำหนัก
SiC

อัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี 2022→2030 +32%

 ยานยนต์ไฟฟ้า

น้ำหนักเบาลงและวิ่งได้ระยะทางไกลขึ้น

 ศูนย์ข้อมูล

เพิ่มความจุ โครงสร้างกะทัดรัดขึ้น และลดข้อกำหนดในการก่อสร้าง
ยานพาหนะที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจะช่วยขับเคลื่อนการเติบโตของตลาด SiC ตลาดอุปกรณ์ในยานยนต์: เนื่องจากมีการส่งเสริม BEV จึงมีการติดตั้ง SiC ใน PCU, OBC เพื่อลดขนาดและเพิ่มประสิทธิภาพ

ตลาดอุปกรณ์จ่ายไฟ: การหันไปใช้ BEV ส่งผลให้มีการนำอุปกรณ์จ่ายไฟที่มี SiC ไปใช้อย่างกว้างขวางเพื่อเพิ่มจำนวนสถานีชาร์จ EV และนำไปใช้ในศูนย์ข้อมูลเพื่อรองรับการใช้งาน 5G ที่แพร่หลาย อุปกรณ์จ่ายไฟเหล่านี้จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในแวดวงเหล่านี้

การนำไปใช้งานต่างๆ ในอุตสาหกรรม: SiC จะถูกนำไปใช้เพิ่มประสิทธิภาพรถไฟฟ้าและการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับพลังงานหมุนเวียนต่างๆ (PV/ESS, การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลม และอื่นๆ)
การคาดการณ์ของโตชิบาอ้างอิงรายงาน Power GaN 2021 รายงาน Power SiC 2022 และรายงานสถานะอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์กำลัง 2021 ของบริษัท Yole Développement (อัตราแลกเปลี่ยน 1 ดอลลาร์ = 120 เยน)
BEV: ยานยนต์ไฟฟ้าพลังงานแบตเตอรี่

PCU: หน่วยควบคุมกำลังไฟฟ้า

OBC: เครื่องชาร์จไฟฟ้าในตัวรถ

PV: การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์

ESS: ระบบกักเก็บพลังงาน

 

นอกเหนือจากยานยนต์และการใช้งานในแบบต่างๆ ที่กล่าวไปข้างต้น อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำกำลังยังมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในภาคส่วนอื่นๆ อีกด้วย เช่นในอุปกรณ์อุตสาหกรรม มีการนำอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำกำลังไปใช้เป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ หุ่นยนต์ และระบบอัตโนมัติต่างๆ ในโรงงาน เพื่อเพิ่มสมรรถนะและประสิทธิภาพ ส่วนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคทั่วไป อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำขั้นสูงเหล่านี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานได้อย่างมีนัยสำคัญในอุปกรณ์ภายในบ้านและผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ มากมาย อีกทั้งยังช่วยลดการใช้พลังงานและเพิ่มความยั่งยืนในเทคโนโลยีชีวิตประจำวันอีกด้วย

 

ภาพที่ 3 อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำกำลังขับเคลื่อนนวัตกรรมในอุตสาหกรรมต่างๆ

ในขณะที่ทั่วโลกกำลังเร่งต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ โตชิบาเป็นเหมือนแสงนำทางแห่งนวัตกรรม ด้วยประสบการณ์การวิจัยอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำกำลังซิลิคอนมามากกว่า 60 ปี โตชิบาได้พัฒนาผลิตภัณฑ์ครบวงจรรวมกว่า 500 รายการ เช่น มอสเฟตแรงดันต่ำ U-MOS ซีรีส์ ซึ่งได้สมรรถนะระดับโลก อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำกำลังเป็นผู้ปฏิวัติวงการอย่างเงียบเชียบที่จะเข้ามาขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงในอุปกรณ์ไฟฟ้าในโลกของเรา ความมุ่งมั่นไม่หยุดยั้งของโตชิบาในการพัฒนานวัตกรรมเซมิคอนดักเตอร์กำลังปฏิวัติอุตสาหกรรมยานยนต์และวางรากฐานไปสู่อนาคตที่ยั่งยืนที่ทุกวงการหันมาใช้ไฟฟ้าและพลิกโฉมประจำวันของเราในทุกแง่มุม