日本在半导体领域的强势和弱势

在中美对立越来越激烈的背景下,半导体产业在经济和军事两方面都成为战略物资,保持半导体产业的竞争力已成为主要国家的课题。日本在半导体领域的份额仅占约9%,低于韩国等企业,但在相关设备和材料领域,有很多产品占有全球最高份额。为了保持这些战略商品的竞争优势,日本如今的课题是在国内保持和扩大半导体的生产。

5月21日,日本自民党成立了半导体战略推进议员联盟。“半导体可能成为所有产业的关键点,不能光从产业的角度来看待,还要从经济安全保障的角度来看待”,担任议员联盟最高顾问的日本前首相安倍晋三这样呼吁在座的议员。

日本企业在制造方面落后于台积电(TSMC)等,设计也赶不上美国高通等。当前,半导体作为支撑数字产业的基础零部件备受关注,现在日本政界也在讨论振兴半导体产业。其中一个关键领域是材料。

在作为半导体基板的硅晶圆领域,信越化学工业和SUMCO两家日本企业占有全球5成以上的份额。SUMCO会长桥本真幸表示:“晶圆是半导体中极其重要的材料。日本厂商技术领先,是日本的重要产业之一”。

在打印电路方面不可或缺的光刻胶(感光剂)领域,日本企业所占的份额也达到9成。JSR及信越化学等企业占有优势。昭和电工等正在生产半导体表面研磨用的CMP浆料(研磨液),仅日本企业所占的份额就超过4成。

随着半导体需求扩大,日本企业也纷纷进行投资。信越化学2022年之前将在日本和台湾新建光刻胶工厂。投资额为300亿日元左右,台湾工厂的产能占5成,日本占2成。SUMCO的桥本真幸也表示“已到了讨论从零开始打造工厂和销路的‘绿地投资(Greenfield Investment)’时代”,开始讨论建设新工厂。

日本在半导体的制造设备方面也很有竞争力。半导体的制造工序跟拍摄胶卷照片、成像的工序相似。智能手机和服务器使用的最尖端半导体要求精度达到纳米单位。蚀刻和显影工序等越来越重要。

日本调查公司GlobalNet的调查显示,仅东京电子在涂布显影设备上的份额就占到近9成。在清除晶圆垃圾及污物的清洗设备上,日本企业的份额超过6成。后工序设备的划片机方面,迪思科(DISCO)拥有7成份额。

东京电子在EUV(极紫外)相关工序使用的涂布显影设备领域,是世界唯一的量产企业。每年设备的总供货量达到4000台,在利用数据帮助改善客户工厂开工率方面也在推进差异化。

日本SCREEN控股在清洗设备领域占有45.8%的全球份额。在多达几百个半导体的制造工序中,总会产生微细的垃圾和污物,如果将晶圆比作棒球场,那么垃圾和污物就有一个杉树花粉那么大。该企业利用专用药液和纯水准确去除这些垃圾和污物,相关技术全球领先。

东京电子为了支持最尖端的制造技术等,3年内将持续投入研发(R&D)资金4000亿日元以上。东京电子社长河合利树认为,现在的盛况“只不过是(半导体市场多年持续增长的)Big Years的入口”,将积极推进投资,以扩大份额。

技术趋势的变化也给日本企业带来了挽回的机会。最近备受关注的是之前附加值低的半导体后工序。后工序主要是指切片、布线、封装和测试等。

过去,各半导体企业在前工序中竞争的是更加细微的电路。但也有观点认为,按照1.5~2年集成度倍增的“摩尔定律”,半导体性能呈函数进化了50多年,目前已接近技术极限。

即使微细化停滞,只要能将多个芯片高效装入1个封装,就可以继续提高半导体的性能。东京大学教授黑田忠广指出,“这是在设备和材料领域占优的日本能够活跃的领域”。台积电将于2021年内在茨城县筑波市建设后工序材料研发基地,将与多家日资企业探索合作。

日本经济新闻在专利调查公司Patent Result的协助下,调查了后工序的代表性材料技术“多层电路”、“封装材料”的有效专利数量(美国,截至2月底)。与推进后工序技术研发的台积电和英特尔一起排在前列的日本企业有信越化学、揖斐电(IBIDEN)及新光电气工业等。

实际上,从2020年秋季开始,世界半导体需求快速恢复,个人电脑及游戏机等使用的尖端半导体的后工序材料明显短缺。某国外半导体厂商的高管说:“由于日本厂商的基板短缺,有些产品无法量产”。在旺盛的需求下,揖斐电(IBIDEN)决定投资1800亿日元,增产服务器等使用的高性能半导体封装基板,还将在岐阜县大垣市的生产基地改建部分厂房,2023年度开始量产。

设备和材料作为不依靠微细化的技术革新推动力量,其影响力越来越大。能否产生新的机会,值得期待。

日本的东北大学教授远藤哲郎说:“我们想与国内企业合作,但没有找到合作对象”。他开发出了利用磁性将半导体耗电量降至原来百分之一的新技术。想在实用化方面寻找合作伙伴,但没有能量产的日本国内企业,最后与海外企业进行了合作。在设备等领域也将与国内企业合作,但很遗憾日本国内没有企业能制造。

在最鼎盛的1988年,日本半导体厂商的全球销售份额超过50%。1992年,排在前十的企业中,日本就有NEC及东芝等6家,后来长期低迷不振,现在份额仅占9%。排名前十的企业也只剩铠侠(Kioxia)一家 ,日本在曾经最占优势的制造业的地位下降尤其严重。

如果美国推动半导体制造回归国内,日本具有优势的设备和材料开发基地转移到美国,恐怕会带来产业空心化。在日本经济产业省3月召开的半导体战略研讨会议上,也有人产生了这样的担忧。

实际上,在日本国内没有尖端半导体生产基地的背景下,设备和材料厂商正与国外企业加深合作。某材料厂商的高管表示:“正在关注海外厂商的开发项目”。

尽管如此,如果设备和材料也不继续在日本国内开发和制造,就培养不出人才,有可能引起中长期的竞争力下降。越来越依赖国外还会带来安全保障上的风险。包括半导体的制造方式在内,日本要重新思考发展蓝图。