關于日本半導體的發(fā)展之路分析

前些天，IC insights發(fā)布了一份全球半導體產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計報告，其內(nèi)容主要是在過去幾十年的時間里，全球主要半導體供應商的市占率變化情況。其中，有一項是按照不同國家和地區(qū)進行劃分的，如下圖所示。

我們發(fā)現(xiàn)，日本的半導體市場影響力和份額自1990年以來，發(fā)生了明顯的變化。2017年，其IC市場份額（不包括Foundry）只有7%。但在1990年，這個數(shù)字是90%。在過去的幾十年里，日本曾經(jīng)非常重要的半導體供應商，包含NEC、日立(Hitachi)、三菱( Mitsubishi) 等，有的將半導體業(yè)務剝離，有的合并整合，一番洗牌后，這些曾經(jīng)的半導體巨無霸，現(xiàn)在皆已不是全球半導體主要供應商。

曾經(jīng)的日本半導體產(chǎn)業(yè)，是何等輝煌，從以下幾組數(shù)據(jù)可見一斑：

1986年, 日本的半導體產(chǎn)品占世界 45%，是當時世界最大的半導體生產(chǎn)國；

1989年, 日本公司占據(jù)了世界存儲芯片市場53% 的份額，而美國僅占37%；

1990年，全球前10大半導體公司中，日本占6家，NEC、東芝及日立高居前3大半導體公司，英特爾僅居全球第4，三星尚未能進入前10。

與以上數(shù)據(jù)形成鮮明反差，當今的日本半導體似乎進入了大蕭條時期，前不久，Gartner發(fā)布了一份2017年全球半導體市場初步統(tǒng)計報告，如下圖所示，數(shù)據(jù)顯示，在排名前10的企業(yè)中，只有一家（東芝Toshiba）來自日本，且排名第8。

圖源：Gartner

而如果東芝的NAND Flash業(yè)務成功剝離以后，日本半導體在全球產(chǎn)業(yè)中的影響力將會進一步下降。

曾幾何時，日本是全球半導體存儲，特別是DRAM的領導者，而目前，被自競爭對手，尤其是韓國和美國的存儲產(chǎn)品徹底壓制，其在行業(yè)市場發(fā)聲漸微，已經(jīng)退出第一陣營。

在集成電路Fabless和IDM企業(yè)當中，日本廠商的影響力越來越小，也只有Toshiba、Sony和Renesas這三家在支撐，但排名已經(jīng)比較靠后。

而日本曾經(jīng)引以為豪的顯示面板業(yè)務，特別是昔日的行業(yè)霸主Sharp，已經(jīng)沒有多少市場份額，幾乎要靠賣相關專利維持。

因此，很多人認為，日本這顆昔日半導體巨星隕落了，已經(jīng)失去了以前耀眼的光芒，尤其是應用于消費領域的半導體產(chǎn)業(yè)。

衰落背后的繁榮

事實果真如此嗎？我們知道半導體是個成熟的產(chǎn)業(yè)，整個產(chǎn)業(yè)鏈分為上中下游，包括上游的材料、設備、EDA軟件，中游的設計、制造，以及下游的封測等。各環(huán)節(jié)緊密相關，成熟而又復雜，缺失了哪個環(huán)節(jié)，整個半導體產(chǎn)業(yè)都無法正常運轉(zhuǎn)。

半導體是個技術密集型產(chǎn)業(yè)，得核心技術者得天下，而越往上游，核心技術越密集、越高端，特別是在半導體材料和設備領域，雖然其相關企業(yè)的營收很難排進產(chǎn)業(yè)前10，但技術密集這一特點決定，半導體材料和設備直接影響著整個產(chǎn)業(yè)鏈的中下游動向。沒有合格、先進的材料和設備，IC設計就只能是紙上談兵，IC制造、封測也是無米之炊。

生產(chǎn)半導體芯片需要多種設備和材料。只要1種設備或材料無法供給，就無法完成半導體芯片的生產(chǎn)。

圖源：新時代證券研究所

而日本，正是半導體材料和設備的強國。

材料

據(jù)SEMI推測，日本企業(yè)在全球半導體材料市場上所占的份額達到約52%，而北美和歐洲分別占15%左右。日本的半導體材料行業(yè)在全球占有絕對優(yōu)勢，在硅晶圓、光刻膠、鍵合引線、模壓樹脂及引線框架等重要材料方面占有很高份額，如果沒有日本材料企業(yè)，全球的半導體制造都要受挫。

放眼望去，半導體材料幾乎被日本企業(yè)壟斷，信越、SUMCO（三菱住友株式會社）、住友電木、日立化學、京瓷化學等。

在靶材方面，全球前6大廠商市占率超過90%，其中前兩大是日本廠商 Shin-Etsu和SUMCO， 合計市占率超過50%。

硅片方面，全球硅片行業(yè)形成日本信越化學、三菱住友、中國***地區(qū)環(huán)球晶圓、德國世創(chuàng)和韓國LG五大供應商壟斷格局，占據(jù)全球超過90%以上的硅片供應。其中，日本信越半導體占27%，日本三菱住友占26%。

光刻膠，主要包括PCB光刻膠專用化學品（光引發(fā)劑和樹脂）、液晶顯示器（LCD）光刻膠光引發(fā)劑、半導體光刻膠光引發(fā)劑和其他用途光刻膠4大類。 目前，半導體市場上主要使用的光刻膠包括 g 線、 i 線、KrF、 ArF 四類光刻膠，其中 g 線和 i 線光刻膠是市場上使用量最大的。

市場上正在使用的KrF和ArF光刻膠核心技術基本被日本和美國企業(yè)所壟斷，產(chǎn)品也基本出自日本和美國公司，包括陶氏化學、 JSR株式會社、信越化學、東京應化工業(yè)、Fujifilm等企業(yè)。

以上只列出了半導體材料中的幾種，而更多的材料，同樣被日本企業(yè)所把控。而在所有材料供應商中，幾乎都能看到SUMCO和信越這兩個名字。可以說這兩家就是全球半導體材料領域的“臺積電”或“英特爾”，絕對是巨無霸級別的。

SUMCO，日本三菱住友株式會社，是全球第二大硅晶圓供應商。同時生產(chǎn)多種半導體材料。2017年第四季度財報顯示，因硅晶圓需求供不應求，且12英寸硅晶圓價格上漲，帶動SUMCO公司2017年合并營收大增23.3%，達到2606.27億日元（約合24.29億美元）、合并營益暴增199.6%，達420.85億日元、合并純益暴增310.1%，至270.16億日元。

信越化學工業(yè)株式會社，作為IC電路板硅片的主導企業(yè)，信越始終奔馳在大口徑化及高平直度的最尖端。最早研制成功了最尖端的300mm硅片，并實現(xiàn)了SOI硅片的量產(chǎn)，并穩(wěn)定供應著優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。同時，一貫化生產(chǎn)發(fā)光二極管中的GaP（磷化鎵）、GaAs（砷化鎵）、AIGaInP（磷化鋁鎵銦）系化合物半導體單晶與切片。

信越能夠制造出具有11個9（99．999999999％）的純度與均勻的結晶構造的單晶硅，在全世界處于領先水平，其先進工藝可以將單晶硅切成薄片并加以研磨而形成硅片，其表面平坦度在1微米以下。

設備

在半導體設備領域，核心裝備集中于日本、歐洲、美國、韓國四個地區(qū)。Gartner的數(shù)據(jù)顯示，列入統(tǒng)計的、規(guī)模以上全球晶圓制造設備商共計58家，其中，日本企業(yè)最多，達到21 家，占 36%。

其次是歐洲的13家、北美10家、韓國7家，中國4家（上海盛美、上海中微、 Mattson（亦莊國投收購）和北方華創(chuàng)，僅占不到 7%）。

具體來說，美國、日本、荷蘭是半導體設備最具競爭力的3個國家。從半導體設備細分領域來看，日本企業(yè)在具有非常強的競爭力，市場份額超過50%的半導體設備種類當中，日本就有10種之多。

日本企業(yè)壟斷半導體設備技術與市場，占全球半導體設備總體市場份額高達37%。 在電子束描畫設備、涂布/顯影設備、清洗設備、氧化爐、減壓CVD設備等重要前端設備、以劃片機為代表的重要后道封裝設備和以探針器為代表的重要測試設備環(huán)節(jié)，日本企業(yè)處于壟斷地位，競爭力非常強。

在前道15類關鍵設備中，日本企業(yè)平均市場份額為38%，在6類產(chǎn)品中市場份額占比超越40%，在電子束，涂布顯影設備市場份額超過90%；在后道9類關鍵設備中，日本企業(yè)平均市場份額為41%，在劃片，成型，探針的市場份額都超過50%。

具體市場份額和市占率如下圖所示。

圖源：新時代證券研究所

在以極紫外光刻機EUV為代表的先進光刻設備領域，荷蘭公司ASML處于絕對壟斷地位，而英特爾、三星和臺積電是ASML的股東，擁有芯片先進制程設備的優(yōu)先供貨權，它們壟斷了全球先進芯片制程，占據(jù)全球80%的市場份額，以及全部的高端市場份額。

而日本在光刻機方面則略遜一籌，進入EUV時代以后，傳統(tǒng)雙雄尼康和佳能已無法硬撐，ASML從此奠定壟斷地位，佳能直接退出了光刻機領域了，僅保留低端的i-line和Kr-F光刻機。

中國與世界先進水平的差距

設備方面，中國雖然具備了一定的基礎，但是技術實力與國外相比仍存在較大的差距，即使在相對發(fā)展水平較高的IC封測領域，與國際先進水平相比，差距依然明顯。

而日本企業(yè)在晶圓清洗設備、切割機、研磨機、晶圓檢測設備、單晶爐、CVD設備、涂布顯影設備、光刻機、刻蝕設備、 IC測試設備等產(chǎn)品中具有國際競爭優(yōu)勢。相比之下，國內(nèi)企業(yè)僅在 PECVD、氧化爐等產(chǎn)品中取得技術突破，在其他半導體設備制造領域的國產(chǎn)率極低，尚不具備自主研發(fā)并投入于工業(yè)生產(chǎn)的能力。

我國主要半導體設備廠商如下圖所示。

圖源：新時代證券研究所

材料方面，我國在國際分工中多處于中低端領域，大部分產(chǎn)品自給率較低，主要依賴進口。國內(nèi)半導體材料企業(yè)集中于6英寸以下生產(chǎn)線，有少數(shù)廠商開始打入國內(nèi)8英寸、12英寸生產(chǎn)線。

在光刻膠方面，由于其技術要求較高，我國光刻膠市場基本被外資企業(yè)占據(jù)，國內(nèi)企業(yè)市場份額不足40%，高分辨率的KrF和ArF光刻膠，其核心技術基本被日本和美國企業(yè)所壟斷，尤其是半導體用光刻膠市場，國內(nèi)企業(yè)份額不足30%，與國際先進水平存在較大差距。

奮起直追

可見，無論是設備，還是材料，我國對進口（特別是來自于日本的產(chǎn)品）的以來成都很高，長遠來看，這對于提升行業(yè)整體競爭力、保證產(chǎn)業(yè)安全都是不利的，需要我們不斷努力、迎頭趕上。

最近，美國政府再次禁止美國企業(yè)向我國的中興通訊銷售芯片和元器件，再一次給我們敲響了警鐘，不僅是在集成電路產(chǎn)品方面，在上游的設備、材料和EDA等方面，我們處于全面落后的地位，如果不努力趕上，像中興這種嚴重被動的局面還有可能在產(chǎn)業(yè)鏈的多個環(huán)節(jié)上演，需要我們把資金用好，用在刀刃上，踏踏實實地把研發(fā)工作夯實，并培育出一大批核心產(chǎn)業(yè)人才。

當然，在落后的局面下，我國的半導體材料和設備也在奮起直追，而且取得了一定的成績。

例如在設備方面，最核心的光刻機在上海微電子裝備公司有所突破，已經(jīng)研制成功90nm設備；在刻蝕機方面，北方華創(chuàng)以硅刻蝕機見長，在沉積設備方面，北方華創(chuàng)的PVD和LPCVD，以及沈陽拓荊的PECVD，已通過主流晶圓代工廠驗證，實現(xiàn)了小批量的設備交付；天津華海清科和上海盛美的CMP（化學機械拋光）設備也已經(jīng)達到國際先進水平。

材料方面，江豐電子的靶材已經(jīng)具備較強的競爭力，其產(chǎn)品也打入了國際主流市場；在大硅片方面，國內(nèi)企業(yè)有新昇半導體，但競爭力還需要進一步提升；電子氣體方面，雅克科技收購的科美特和江蘇先科具備一定的研發(fā)能力；在CMP拋光墊方面，鼎龍股份在研發(fā)，江豐電子已經(jīng)有出貨；在工藝化學品方面，江化微、晶瑞股份有一定研發(fā)能力，但競爭力還不強。

結語

在半導體設備和材料領域，日本經(jīng)過多年的投入、研發(fā)、技術、人才的積累，使其在這一產(chǎn)業(yè)上游有著很強的話語權，要想強大，是沒有捷徑可走的，我國也必須吸收先進的經(jīng)驗和理念，扎扎實實地做好每個環(huán)節(jié)地工作，才能真正把設備和材料水平搞上去。

與此同時，也必須吸取日本半導體設計、制造、IDM等方面衰落的教訓，特別是在與國外強權政治的博弈方面，政府要做好應對和引導工作，才能不犯大錯，以保證產(chǎn)業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定地向前發(fā)展。