关于日本半导体的发展之路分析

前些天，IC insights发布了一份全球半导体产业统计报告，其内容主要是在过去几十年的时间里，全球主要半导体供应商的市占率变化情况。其中，有一项是按照不同国家和地区进行划分的，如下图所示。

我们发现，日本的半导体市场影响力和份额自1990年以来，发生了明显的变化。2017年，其IC市场份额（不包括Foundry）只有7%。但在1990年，这个数字是90%。在过去的几十年里，日本曾经非常重要的半导体供应商，包含NEC、日立(Hitachi)、三菱( Mitsubishi) 等，有的将半导体业务剥离，有的合并整合，一番洗牌后，这些曾经的半导体巨无霸，现在皆已不是全球半导体主要供应商。

曾经的日本半导体产业，是何等辉煌，从以下几组数据可见一斑：

1986年, 日本的半导体产品占世界 45%，是当时世界最大的半导体生产国；

1989年, 日本公司占据了世界存储芯片市场53% 的份额，而美国仅占37%；

1990年，全球前10大半导体公司中，日本占6家，NEC、东芝及日立高居前3大半导体公司，英特尔仅居全球第4，三星尚未能进入前10。

与以上数据形成鲜明反差，当今的日本半导体似乎进入了大萧条时期，前不久，Gartner发布了一份2017年全球半导体市场初步统计报告，如下图所示，数据显示，在排名前10的企业中，只有一家（东芝Toshiba）来自日本，且排名第8。

图源：Gartner

而如果东芝的NAND Flash业务成功剥离以后，日本半导体在全球产业中的影响力将会进一步下降。

曾几何时，日本是全球半导体存储，特别是DRAM的领导者，而目前，被自竞争对手，尤其是韩国和美国的存储产品彻底压制，其在行业市场发声渐微，已经退出第一阵营。

在集成电路Fabless和IDM企业当中，日本厂商的影响力越来越小，也只有Toshiba、Sony和Renesas这三家在支撑，但排名已经比较靠后。

而日本曾经引以为豪的显示面板业务，特别是昔日的行业霸主Sharp，已经没有多少市场份额，几乎要靠卖相关专利维持。

因此，很多人认为，日本这颗昔日半导体巨星陨落了，已经失去了以前耀眼的光芒，尤其是应用于消费领域的半导体产业。

衰落背后的繁荣

事实果真如此吗？我们知道半导体是个成熟的产业，整个产业链分为上中下游，包括上游的材料、设备、EDA软件，中游的设计、制造，以及下游的封测等。各环节紧密相关，成熟而又复杂，缺失了哪个环节，整个半导体产业都无法正常运转。

半导体是个技术密集型产业，得核心技术者得天下，而越往上游，核心技术越密集、越高端，特别是在半导体材料和设备领域，虽然其相关企业的营收很难排进产业前10，但技术密集这一特点决定，半导体材料和设备直接影响着整个产业链的中下游动向。没有合格、先进的材料和设备，IC设计就只能是纸上谈兵，IC制造、封测也是无米之炊。

生产半导体芯片需要多种设备和材料。只要1种设备或材料无法供给，就无法完成半导体芯片的生产。

图源：新时代证券研究所

而日本，正是半导体材料和设备的强国。

材料

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%，而北美和欧洲分别占15%左右。日本的半导体材料行业在全球占有绝对优势，在硅晶圆、光刻胶、键合引线、模压树脂及引线框架等重要材料方面占有很高份额，如果没有日本材料企业，全球的半导体制造都要受挫。

放眼望去，半导体材料几乎被日本企业垄断，信越、SUMCO（三菱住友株式会社）、住友电木、日立化学、京瓷化学等。

在靶材方面，全球前6大厂商市占率超过90%，其中前两大是日本厂商 Shin-Etsu和SUMCO， 合计市占率超过50%。

硅片方面，全球硅片行业形成日本信越化学、三菱住友、中国***地区环球晶圆、德国世创和韩国LG五大供应商垄断格局，占据全球超过90%以上的硅片供应。其中，日本信越半导体占27%，日本三菱住友占26%。

光刻胶，主要包括PCB光刻胶专用化学品（光引发剂和树脂）、液晶显示器（LCD）光刻胶光引发剂、半导体光刻胶光引发剂和其他用途光刻胶4大类。 目前，半导体市场上主要使用的光刻胶包括 g 线、 i 线、KrF、 ArF 四类光刻胶，其中 g 线和 i 线光刻胶是市场上使用量最大的。

市场上正在使用的KrF和ArF光刻胶核心技术基本被日本和美国企业所垄断，产品也基本出自日本和美国公司，包括陶氏化学、 JSR株式会社、信越化学、东京应化工业、Fujifilm等企业。

以上只列出了半导体材料中的几种，而更多的材料，同样被日本企业所把控。而在所有材料供应商中，几乎都能看到SUMCO和信越这两个名字。可以说这两家就是全球半导体材料领域的“台积电”或“英特尔”，绝对是巨无霸级别的。

SUMCO，日本三菱住友株式会社，是全球第二大硅晶圆供应商。同时生产多种半导体材料。2017年第四季度财报显示，因硅晶圆需求供不应求，且12英寸硅晶圆价格上涨，带动SUMCO公司2017年合并营收大增23.3%，达到2606.27亿日元（约合24.29亿美元）、合并营益暴增199.6%，达420.85亿日元、合并纯益暴增310.1%，至270.16亿日元。

信越化学工业株式会社，作为IC电路板硅片的主导企业，信越始终奔驰在大口径化及高平直度的最尖端。最早研制成功了最尖端的300mm硅片，并实现了SOI硅片的量产，并稳定供应着优质的产品。同时，一贯化生产发光二极管中的GaP（磷化镓）、GaAs（砷化镓）、AIGaInP（磷化铝镓铟）系化合物半导体单晶与切片。

信越能够制造出具有11个9（99．999999999％）的纯度与均匀的结晶构造的单晶硅，在全世界处于领先水平，其先进工艺可以将单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。

设备

在半导体设备领域，核心装备集中于日本、欧洲、美国、韩国四个地区。Gartner的数据显示，列入统计的、规模以上全球晶圆制造设备商共计58家，其中，日本企业最多，达到21 家，占 36%。

其次是欧洲的13家、北美10家、韩国7家，中国4家（上海盛美、上海中微、 Mattson（亦庄国投收购）和北方华创，仅占不到 7%）。

具体来说，美国、日本、荷兰是半导体设备最具竞争力的3个国家。从半导体设备细分领域来看，日本企业在具有非常强的竞争力，市场份额超过50%的半导体设备种类当中，日本就有10种之多。

日本企业垄断半导体设备技术与市场，占全球半导体设备总体市场份额高达37%。 在电子束描画设备、涂布/显影设备、清洗设备、氧化炉、减压CVD设备等重要前端设备、以划片机为代表的重要后道封装设备和以探针器为代表的重要测试设备环节，日本企业处于垄断地位，竞争力非常强。

在前道15类关键设备中，日本企业平均市场份额为38%，在6类产品中市场份额占比超越40%，在电子束，涂布显影设备市场份额超过90%；在后道9类关键设备中，日本企业平均市场份额为41%，在划片，成型，探针的市场份额都超过50%。

具体市场份额和市占率如下图所示。

图源：新时代证券研究所

在以极紫外光刻机EUV为代表的先进光刻设备领域，荷兰公司ASML处于绝对垄断地位，而英特尔、三星和台积电是ASML的股东，拥有芯片先进制程设备的优先供货权，它们垄断了全球先进芯片制程，占据全球80%的市场份额，以及全部的高端市场份额。

而日本在光刻机方面则略逊一筹，进入EUV时代以后，传统双雄尼康和佳能已无法硬撑，ASML从此奠定垄断地位，佳能直接退出了光刻机领域了，仅保留低端的i-line和Kr-F光刻机。

中国与世界先进水平的差距

设备方面，中国虽然具备了一定的基础，但是技术实力与国外相比仍存在较大的差距，即使在相对发展水平较高的IC封测领域，与国际先进水平相比，差距依然明显。

而日本企业在晶圆清洗设备、切割机、研磨机、晶圆检测设备、单晶炉、CVD设备、涂布显影设备、光刻机、刻蚀设备、 IC测试设备等产品中具有国际竞争优势。相比之下，国内企业仅在 PECVD、氧化炉等产品中取得技术突破，在其他半导体设备制造领域的国产率极低，尚不具备自主研发并投入于工业生产的能力。

我国主要半导体设备厂商如下图所示。

图源：新时代证券研究所

材料方面，我国在国际分工中多处于中低端领域，大部分产品自给率较低，主要依赖进口。国内半导体材料企业集中于6英寸以下生产线，有少数厂商开始打入国内8英寸、12英寸生产线。

在光刻胶方面，由于其技术要求较高，我国光刻胶市场基本被外资企业占据，国内企业市场份额不足40%，高分辨率的KrF和ArF光刻胶，其核心技术基本被日本和美国企业所垄断，尤其是半导体用光刻胶市场，国内企业份额不足30%，与国际先进水平存在较大差距。

奋起直追

可见，无论是设备，还是材料，我国对进口（特别是来自于日本的产品）的以来成都很高，长远来看，这对于提升行业整体竞争力、保证产业安全都是不利的，需要我们不断努力、迎头赶上。

最近，美国政府再次禁止美国企业向我国的中兴通讯销售芯片和元器件，再一次给我们敲响了警钟，不仅是在集成电路产品方面，在上游的设备、材料和EDA等方面，我们处于全面落后的地位，如果不努力赶上，像中兴这种严重被动的局面还有可能在产业链的多个环节上演，需要我们把资金用好，用在刀刃上，踏踏实实地把研发工作夯实，并培育出一大批核心产业人才。

当然，在落后的局面下，我国的半导体材料和设备也在奋起直追，而且取得了一定的成绩。

例如在设备方面，最核心的光刻机在上海微电子装备公司有所突破，已经研制成功90nm设备；在刻蚀机方面，北方华创以硅刻蚀机见长，在沉积设备方面，北方华创的PVD和LPCVD，以及沈阳拓荆的PECVD，已通过主流晶圆代工厂验证，实现了小批量的设备交付；天津华海清科和上海盛美的CMP（化学机械抛光）设备也已经达到国际先进水平。

材料方面，江丰电子的靶材已经具备较强的竞争力，其产品也打入了国际主流市场；在大硅片方面，国内企业有新昇半导体，但竞争力还需要进一步提升；电子气体方面，雅克科技收购的科美特和江苏先科具备一定的研发能力；在CMP抛光垫方面，鼎龙股份在研发，江丰电子已经有出货；在工艺化学品方面，江化微、晶瑞股份有一定研发能力，但竞争力还不强。

结语

在半导体设备和材料领域，日本经过多年的投入、研发、技术、人才的积累，使其在这一产业上游有着很强的话语权，要想强大，是没有捷径可走的，我国也必须吸收先进的经验和理念，扎扎实实地做好每个环节地工作，才能真正把设备和材料水平搞上去。

与此同时，也必须吸取日本半导体设计、制造、IDM等方面衰落的教训，特别是在与国外强权政治的博弈方面，政府要做好应对和引导工作，才能不犯大错，以保证产业持续、稳定地向前发展。