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杏彩体育平台app危机四伏的日本半导体设备

2024-09-20 00:50:32 来源:杏彩体育手机版 作者:杏彩体育app 浏览量:122

  聚光灯开始照射到曾是日本衰落产业代表的半导体领域。“日本半导体产业将复兴”的日益盛行。不过,我(汤之上隆)并不认同这种,认为它会“复兴”的想法本身就是错误的(图1)。

  在20世纪80年代中期,日本曾经占据了半导体领域世界市场份额的50%。当时,日本在半导体存储器DRAM领域几乎垄断了80%的全球市场份额。换句线年代中期的“世界市场份额50%”主要来自DRAM。

  然而,在90年代,日本的DRAM市场份额迅速下降,到了2000年左右,除了日立制作所和NEC的合资公司尔必达外,日本退出了DRAM市场。而尔必达在2012年宣布破产,被美国美光收购。

  日本半导体产业从DRAM撤退后,将焦点转向了逻辑半导体,用于计算等领域。然而,即使是逻辑半导体也遭受了严重打击。结果,日本半导体产业沦为了衰落产业。

  在这种情况下,芯片代工公司台积电于2021年10月宣布在熊本设立工厂。此外,新公司Lapidus于2022年11月宣布计划在2027年之前量产2纳米的逻辑半导体,这些消息引起了日本半导体产业的广泛关注。

  因此,形成了“日本半导体产业将复苏”的。然而,台积电熊本工厂和Lapidus计划生产的不是在20世纪80年代中期曾经垄断80%市场份额的DRAM,而是先进的逻辑半导体,这是过去并不强大的领域。

  因此,当前在日本出现的热潮实际上不是“复苏”,而是对(迄今为止相对较弱的)逻辑半导体的新挑战。那么,这个挑战是否会成功呢?

  2020年,疫情在全球蔓延,2021年全球半导体短缺,导致汽车和其他产品无法制造。因此,以汽车为核心产业的日本、美国、德国政府,要求台积电增加汽车用半导体产量。

  半导体受到关注的契机就在这里。直到2020年一直忽视半导体的日本政府和经济产业省彻底改变了态度。经济产业省表示,危机感日益增强,如果照此发展下去,到2030年日本半导体产业的全球份额将降至0%。结果,支持新建先进半导体工厂的修法于2021年12月20日在国会获得通过并成立。此后,基于这项修法,一系列半导体工厂的补助计划陆续公布(见图2)。

  首先,索尼和电装公司将对台积电进行资本参与。台积电的熊本工厂将承担12/16至22/28纳米逻辑半导体的代工生产,并获得日本政府提供的4670亿日元的补助。

  然而,台积电熊本工厂并不会优先生产面向日本市场的半导体。此外,日本几乎没有专门从事设计的半导体制造商(通常称为“无晶圆厂”)。因此,即使台积电熊本工厂建成,日本的市场份额也不会显著增加。

  接下来,美国Micron收购了陷入破产的尔必达,并为广岛工厂提供了总计2465亿日元的补助。然而,由于该工厂隶属于美国企业,即使在此生产DRAM,对日本市场份额的贡献也可以说是严格意义上的0%。

  此外,铠侠和西部数据(WD)共同运营生产NAND闪存的四日市和北上工厂,将获得929亿日元。不过,西部数据似乎将收购 Kioxia。如果此次收购完成,四日市和北上工厂都将成为美国公民,因此那里生产的所有NAND都将在美国制造,对日本市场份额的贡献将为0%。

  最后,在2022年11月,Lapidus宣布计划在2027年之前量产2纳米的逻辑半导体,并获得了总计3300亿日元的补助。然而,正如下文所述,Lapidus要实现2纳米逻辑半导体的量产几乎是不可能的。因此,尽管对Lapidus提供了资金支持,但对日本市场份额的贡献仍然可以说是0%。

  首先,2纳米技术的开发需要约500名非常出色的工程师,而2纳米技术的量产则需要大约1,000名经验丰富的生产技术人员。这些1,500名超级精英工程师在日本难以找到,因此不太可能被Lapidus吸引到。

  其次,2纳米技术的开发和量产需要荷兰的ASML公司提供的唯一最先进的曝光设备EUV。然而,Lapidus要到2024年底才会引入EUV技术,而且可能无法熟练掌握。以下是这一观点的依据(见图3)。

  首先,处于技术前沿的台积电在2018年进行了约一百万次的EUV(极紫外线年首次将EUV技术应用于量产。而正试图赶超台积电的三星电子则租用了大型DRAM生产线万次的EUV曝光实践,但由于实践不足,产量不升反降。此外,美国英特尔于2021年引入了EUV技术,但到2023年仍未能熟练掌握。

  考虑到这些先进半导体制造商普遍面临EUV技术的困难,可以认为Lapidus要精通EUV技术将会面临巨大挑战。

  其次,目前在委托生产方面,没有半导体代工厂(Foundry)与Lapidus合作。代工厂通常是建立在已有委托生产需求的基础上的业务。例如,台积电每年从美国苹果公司获得委托,生产超过2亿个新款iPhone处理器,价格每个100美元以上。台积电在与客户签订委托生产合同之前,会进行开发和设备投资,以确保能够盈利。

  然而,Lapidus宣称要在2027年量产2纳米的逻辑半导体,但目前没有任何委托生产的合同或计划。因此,可以说Lapidus并未理解代工厂的本质。

  综上所述,由于上述原因,Lapidus可能无法实现2纳米逻辑半导体的量产。因此,日本的逻辑半导体新挑战可能会以失败告终。那么,日本应该采取什么行动呢?

  在 2021 年 6 月 1 日向众议院发表的声明中,作者认为首要政策应该是“让强者变得更强”。“强的东西”是制造设备和材料。

  在半导体材料领域,日本在制造半导体芯片所需的材料基板——硅晶圆、感光材料(光刻胶)、各种CMP研磨液、各种化学药剂等方面拥有非常高的市场份额(见图4)。此外,在设备方面,虽然不是全部,但在光刻胶涂布显影设备、热处理设备、片式清洗设备、批量清洗设备和测长电子显微镜(CD-SEM)等领域,日本的市场份额也很高(见图5)。

  因此,日本在设备和材料领域拥有很高的市场份额,为全球半导体产业发挥着极其重要的作用(见图6)。

  韩国拥有三星电子和SK Hynix,已经成为半导体存储大国。中国拥有全球份额约60%的台积电,已经成为逻辑半导体领域的全球基础设施。此外,中国吸收了全球三分之一以上的半导体,鸿海集团的大型工厂生产PC、智能手机和各种家电产品。

  在这种背景下,日本将设备和材料出口到韩国、中国、以及欧美。换句话说,全球半导体产业在没有日本的设备和材料的情况下无法维持运转。然而,日本的设备产业正面临着危机。

  如图7所示,地区设备份额的情况表明,直到大约2010年,日本一直在与美国争夺设备市场份额的领先地位。然而,自2012年以来,日本的市场份额急剧下降,到2022年已降至不到美国市场份额的一半,仅为24%。

  分析这一情况的原因,发现在过去的10年中,几乎所有设备的市场份额都在下降。这是一个非常严重的问题,似乎不容易解决。

  在这种情况下,已经很难再说“日本的制造设备很强大”。而且,如果市场份额持续下降,日本将很难继续向全球提供设备。目前的情况非常危机四伏。如果现在不采取行动,日本的设备产业可能会走上与半导体存储器产业相同的道路。因此,不应该将大量资金投入到无法带来成果的Lapidus这样的项目中。


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