深圳热线科技

牢牢掌控芯片制造最上游,日本半导体材料产业究竟有多强?

2021-02-06 11:01:09 来源:

原标题:牢牢掌控芯片制造最上游,日本半导体材料产业究竟有多强?

我们都知道半导体芯片是个技术密集型产业,整个产业链分为上中下游,越往上游,核心技术越密集、越尖端。

如今科技瓶颈日渐凸显,生产技术的天花板清晰可见,材料,尤其是核心关键材料的竞争就成为稀缺资源。

没有先进、合格的材料和设备,芯片设计只能是纸上谈兵,制造、封测也如无米之炊。

新材料产业被认为是21世纪最具发展潜力并对未来发展有着巨大影响的产业,这这一领域的王者是谁呢?日本。

日本凭借其超前的研发优势和卓越的研发成果产业化能力,在半导体材料领域占据了世界绝对领先地位,这要从日本半导体跌宕起伏的四十年讲起。

日本半导体风雨四十年

20世纪70年代,日本半导体产业整体落后美国10年以上。

深刻地意识到本国企业与美国存在的巨大差距,“产、官、学”相互协作体系诞生,一举奠定了日本半导体产业竞争力基础。

从1976年到1979年,日本开始实施“VLSI技术研究所”,由政府出资320亿日元,企业筹集400亿元,联合日立、NEC、富士通、三菱、东芝五大企业,共同设立国家性科研机构。

仰赖于举国体制,集中力量办大事,日本企业的效率直线上升。

十几年的发展,到了1985年,日本半导体产业第一次在市场占有率方面超越美国,盛极一时,风头无两。半导体存储尤其是DRAM成为了日本第一产业,日本还把昔日霸主美国拉下了马。

日本半导体材料和设备伴随半导体芯片的崛起成为全球一支极为强势力量,市场占有率达到60%,两年后进一步上升到70%以上。

80年代末,日本的半导体产业占的世界份额超过50%,在DRAM领域最高占据了80%的市场份额。

1990年的时候,全球前10大半导体公司中,日本就占6家,NEC、东芝、日立高居前3,英特尔仅居全球第4,三星那时还没能进入前10。

从1955年索尼设计出全球首款晶体管收音机开始,日本正式踏入全球半导体产业体系。

日本半导体芯片在奠定世界领先地位后,不仅相关半导体材料及设备也迅速崛起,另外传统制造业也相继崛起,几乎每个产业都把美国强摁下去。

然而这期间的急速扩张,美国看不惯了,引起忌惮与反弹,多次发起猛烈打压。

从1985年首次超越开始,美国就向日本发起芯片战争,1986年的时候,美国成功胁迫日本签订《半导体协议》,限制日本半导体企业在美国的发展。

一套熟悉的组合拳,依然没能将日本半导体芯片产业打垮,

之后美国凭借自己的武力再次强迫日本签订不平等条约《日美半导体保障协定》,通过这个协议,美国获得了日本半导体产业的知识产权和专利,期间,美国还扶持韩国半导体对抗日本,半导体产业因此发生了第二次转移,从日本转移至了韩国。

在美国的残酷打压下,日本半导体芯片由盛转衰,

1995年之后,日本半导体产业断崖式下跌,和美国人这一战,日本人此前积累的本钱基本赔光,举国辛苦奋斗十几年,一夜被打回解放前。

1999年,为了保存最后一丝火苗,日立、NEC、三菱电机三家的DRAM业务开始整合,尔必达成立。

但是美国依然没有放过日本,然而在负隅顽抗了十几年后,2012年2月28日,在美韩的联手下,尔必达宣布破产,日本半导体产业彻底垮台。

此刻,全世界都认为日本的半导体产业衰落了,那这时日本半导体产业做了什么呢?

答案是:转型了,将资源集中到了附加值更高的系统集成电路等领域,向上游进军了。

制霸半导体材料和设备

工匠精神最后的堡垒

不久前日本曾对韩国限制出口的三种材料中,日本的产能均占到50%以上,其中氟聚酰亚胺、氟化氢材料分别占全球份额的90%、70%。

事实上,这三种材料只是日本在半导体材料领域处于垄断地位的冰山一角。

半导体芯片存在摩尔定律,更新节奏快到甚至于日本人也接受不了,但是半导体材料,自从晶体三极管发明以来,就从未改变过,不用担心颠覆式创新,因此日本人依靠慢工出细活,不断地改进制造工艺。

材料是“基础研究狂魔”日本赖以成名的杀手锏,日本科技行业骨子里的那份不惜一切代价追求技术极致的牛角尖性格,也注定了很多高品质的材料只能出在日本。

据SEMI推测,日本企业在全球半导体材料市场上所占的份额达到约52%。

生产半导体芯片需要19种必须的材料,缺一不可,且大多数材料具备极高的技术壁垒。

而日本企业在硅晶圆、合成半导体晶圆、光罩、光刻胶、靶材料、保护涂膜、封装材料等14中重要材料方面均长期保持着绝对优势。

因此,在今天的半导体产业版图上,仅剩美国、韩国、中国三家。

在半导体设备领域,必备的26种半导体设备中,日本企业在10种设备所占的市场份额也超过50%,尤其在清洗设备、氧化炉等重要前端设备更是几乎垄断市场。

目前,我国正在进行的半导体国产替代,日本早在80年代就已经完成了,当时国产化设备率就超过了70%。

日本人的确老了,但内核依旧强大。一个越来越“隐形”的日本,可能比一个锋芒毕露的日本,更让人敬畏。

话说回来了,材料也有这么难吗?

半导体材料并不是开采来就有了,其原始材料是非常丰富的,比如硅片用的就是满地球的沙子。

但要实现半导体的“材料自由”,却并不容易,必须打通任督二脉:“纯度”、“配方”。

纯度是一个无止境之路。我国已经实现自产的光伏硅片,一般纯度是6-8个9,即99.999999%,但半导体的硅片纯度却是11个9,而且还在不断提高。

小数点后多3到5位,就意味着杂质含量相差了1000到10万倍。

这个差距有多大呢?假设,光伏硅片里包含的杂质,相当于一桶沙子洒在了操场上;那么半导体硅片的要求则是在两个足球场大的面积里,只能容下一粒沙子。

要达到如此纯度,需要科学和工艺的完美结合。

一方面,需要大量基础科学仪器来辅助。

另一方面,从实验室到工厂车间也需要工艺积累。

而高纯度只是第一步,复合材料(比如光刻胶)的配置更是难以跨越的鸿沟。如果说“纯度”是个艺术科学的话,那么“配方”就是玄学科学,需要高度依赖经验法则,即业内常说的“know-how”。

影响材料效果的参数,无法通过精密计算获得,只能是实验室、车间里一次次调配、实验、观察、记录、改良。有时候,为了得到10%的效果改良,可能需要花费几年。然而,这提升的10%,虽然抢占的只是几百亿规模的市场,但却影响着万亿半导体行业。

因此,无论是提纯,还是配方,其实需要的都是超长的耐心待机、极致专注。

“材料之争”是基础科学与人才之战

半导体设备是物理的世界,材料是化学的天堂。

日本材料学取得的巨大成功,与政策扶持有密切关系,国家高度重视基础科学,给予了人力、研发经费上的大力支持:

具体来说有三个重点:

产官学合作体制推动科研成果高效转化;

第二、产业联盟推进上下游协作、实现高质量增长;

第三、商社文化、产融结合为企业成长提供肥沃土壤。

如今,日本是最大的半导体原材料出口国,拥有全球非常少见的全产业链能力,或许也是当初VLSI研究所给日本半导体工业留下的“退路”。

日本这样一个小国,能在众多领域做到世界第一,与其民族特性也有关。

首先是日本文化能够做到兼容并蓄,且是一个擅长学习的民族。日本人精益求精的匠人精神,细腻是其典型的民族特征。

日本人在寄深意于微小,在制造上,几乎都是以一种近乎宗教虔诚般和追求完美艺术的苛刻态度完成的。近乎显微镜式的思维方式,让日本人做事及其务实,绝无好高骛远,极为重视实际利益。

日本拿诺贝尔奖的次数仅次于美国,基本保持每年一个。

而中国的半导体产业之殇,始于上游。

半导体产业上游产业的落后,是中国所有产业在上游领域落后的缩影。

半导体产业的上游是设备与材料,在这个上游之上,较量的是物理、化学等基础学科。我们的落后,不是因为不够聪明,而是缺少愿意破釜沉舟,十年磨一剑的傻瓜。

中国在半导体设备与材料的落后,归根于上世纪对物理与化学这些基础科学的忽视。

日本新材料及设备公司的成功经验为我国新材料产业发展提供了发展方向和宝贵经验借鉴。

技术之争不在一时,材料自强更不是只争朝夕,只可徐徐图之。

尽快培育、完善本土产业链更是中国芯片业发展的当务之急。

这世界上,追赶的路,从来就没有好走的,“材料之争”或许才刚刚开始。

道阻且长,但,行则将至。

以史为镜,可以知兴替,日本半导体兴衰四十年,依旧在全球产业链中占据举足轻重的地位,你怎么看?欢迎留言交流讨论。

来源:搜狐

深圳热线移动端

深圳热线移动端

扫码访问移动深圳热线,更多精彩内容随你看。

推荐 2279
0 条评论 / 0 人参与 网友评论 跟帖管理 举报

热门推荐