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行業(yè)新聞

功率半導(dǎo)體,日本押下重注

回望1988年,日本在全球芯片生產(chǎn)中的份額超過(guò)50%,但如今已降至10%左右。

過(guò)去三十多年被視為日本半導(dǎo)體“失去的三十年”。

近年來(lái),大國(guó)間科技競(jìng)爭(zhēng)加劇,半導(dǎo)體供應(yīng)鏈問(wèn)題躍然紙上,日本將重振半導(dǎo)體行業(yè)提上日程,東山再起的意圖呼之欲出。

一方面,近年來(lái)日本聚焦芯片制造領(lǐng)域,快馬加鞭。

2021年6月,日本首次發(fā)布《半導(dǎo)體數(shù)字產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》,旨在通過(guò)重金補(bǔ)貼的方式,吸引更多半導(dǎo)體巨頭在日本投資建廠。

在招攬外援的同時(shí),日本也在內(nèi)部積極規(guī)劃。2022年8月,在日本政府的牽頭下,由豐田、Sony、NTT、NEC、軟銀、Denso、Kioxia、三菱UFJ等8家日企共同出資組建半導(dǎo)體“復(fù)仇者聯(lián)盟”,設(shè)立日本晶圓代工企業(yè)Rapidus,直接劍指“2nm技術(shù)”,希望復(fù)刻當(dāng)年“日之丸半導(dǎo)體”的神話。

2023年8月,日本時(shí)隔兩年再次修訂《半導(dǎo)體數(shù)字產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》,對(duì)振興半導(dǎo)體行業(yè)做了更加清晰的規(guī)劃:

  • 強(qiáng)化半導(dǎo)體的制造基礎(chǔ)和生產(chǎn)組合

  • 下一代先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)的確立

  • 未來(lái)先驅(qū)性技術(shù)的研發(fā)

野心勃勃的Rapidus先后和IBM、IMEC達(dá)成合作,以全力支持Rapidus研發(fā)2nm制程技術(shù),并強(qiáng)化日本半導(dǎo)體生態(tài)培育和人才培養(yǎng)。

另一邊,日本政府也已招攬臺(tái)積電、三星、美光、聯(lián)電等晶圓大廠赴日建廠。

日本聲稱,半導(dǎo)體技術(shù)正處于結(jié)構(gòu)性轉(zhuǎn)折點(diǎn),布局芯片制造是一個(gè)巨大的機(jī)遇,也是日本重返全球半導(dǎo)體市場(chǎng)霸主地位“最后機(jī)會(huì)”。

市占從巔峰期的超過(guò)50%,到如今的個(gè)位數(shù),是日本半導(dǎo)體失落的寫(xiě)照。然而,在設(shè)備、材料領(lǐng)域的壟斷,穩(wěn)固了日本在產(chǎn)業(yè)鏈中無(wú)可取代的地位,而站在風(fēng)口浪尖的功率半導(dǎo)體,同樣是日本最后的堡壘。

前后受敵

雖然在整個(gè)半導(dǎo)體領(lǐng)域,日本企業(yè)被認(rèn)為陷入低迷,但是放眼整個(gè)功率半導(dǎo)體領(lǐng)域,日本仍存在感十足。據(jù)Omdia 2021年數(shù)據(jù)顯示,全球功率芯片十強(qiáng)中有一半是日企,三菱電機(jī)(第4)、富士電機(jī)(第5)、東芝(第6)、瑞薩(第9)、ROHM(第10)。這五家企業(yè)合計(jì)占有全球20%以上的功率芯片市場(chǎng)份額。

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雖然日本企業(yè)在功率半導(dǎo)體top10中位列5席,但其排名最靠前的三菱電機(jī)所占份額僅為6%左右。英飛凌近21%的市場(chǎng)份額,更是相當(dāng)于日本前五大制造商的總和。

《金融時(shí)報(bào)》曾表示,日本廠商相對(duì)較小的規(guī)模,使其難以擴(kuò)大生產(chǎn)和營(yíng)銷(xiāo)規(guī)模。日本制造商也對(duì)進(jìn)行大筆投資持謹(jǐn)慎態(tài)度,以免同行做同樣的事情并導(dǎo)致供過(guò)于求。

眾所周知,功率半導(dǎo)體與承擔(dān)“頭腦”職能的邏輯半導(dǎo)體和作為記憶媒介的存儲(chǔ)半導(dǎo)體不同,其主要功能是控制電路,以及電流的直流/交流轉(zhuǎn)換等。作為電子設(shè)備中不可缺少的控制零件,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。

近年來(lái),隨著電動(dòng)汽車(chē)、新能源、5G通信、云計(jì)算等新興技術(shù)的加速普及,點(diǎn)燃了市場(chǎng)對(duì)功率半導(dǎo)體的新需求??梢哉f(shuō),未來(lái)數(shù)字時(shí)代的幾乎每一個(gè)具象場(chǎng)景都需要數(shù)量更多、價(jià)值量更高的功率半導(dǎo)體支撐。

據(jù)Omida數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),2021年全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模為462億美元,預(yù)計(jì)至2024年,全球市場(chǎng)有望達(dá)到538億美元。

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全球和中國(guó)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模(圖源:Omdia)

應(yīng)用端的龐大潛力,拉動(dòng)了功率半導(dǎo)體市場(chǎng)成長(zhǎng)。

在市場(chǎng)下行周期,當(dāng)整個(gè)行業(yè)都在忙于去庫(kù)存時(shí),功率半導(dǎo)體成為少數(shù)逆勢(shì)發(fā)展的賽道。安森美、英飛凌的車(chē)規(guī)MOSFET等產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)高位,IGBT始終短缺,在前20家功率半導(dǎo)體廠商中,有14家計(jì)劃將在未來(lái)三年內(nèi)增加產(chǎn)能。此外,碳化硅(SiC)功率半導(dǎo)體也乘著新能源汽車(chē)的大風(fēng),一路“扶搖直上”。

良好勢(shì)頭下,英飛凌在規(guī)模競(jìng)爭(zhēng)中處于領(lǐng)先地位。據(jù)悉,英飛凌目前有兩家大型300毫米晶圓制造廠,一家位于德累斯頓,另一家位于奧地利菲拉赫。

2022年2月,英飛凌宣布將斥資逾20億歐元在馬來(lái)西亞居林工廠建造第三個(gè)廠區(qū),擴(kuò)大寬禁帶(碳化硅和氮化鎵)半導(dǎo)體產(chǎn)能,進(jìn)一步鞏固和增強(qiáng)其在功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)地位。新廠區(qū)預(yù)計(jì)在2024年夏季進(jìn)行設(shè)備安裝,首批晶圓將于2024年下半年開(kāi)始出貨。

此外,英飛凌還將持續(xù)為其第三代半導(dǎo)體業(yè)務(wù)注資,計(jì)劃在未來(lái)幾年把奧地利菲拉赫的6英寸、8英寸硅基半導(dǎo)體生產(chǎn)線改造為第三代半導(dǎo)體生產(chǎn)線。據(jù)透露,英飛凌計(jì)劃到本世紀(jì)20年代中期,將碳化硅功率半導(dǎo)體的銷(xiāo)售額提升至10億美元。

安森美也正在韓國(guó)京畿道富川市建設(shè)全球最大的SiC生產(chǎn)設(shè)施,目標(biāo)2024年完成設(shè)備安裝,使富川市成為全球SiC生產(chǎn)中心。到2025年,富川工廠的SiC半導(dǎo)體年產(chǎn)能預(yù)計(jì)將達(dá)到100萬(wàn)片,將占據(jù)安森美總產(chǎn)量的35%至40%。

同時(shí),安森美正在由傳統(tǒng)IDM模式向更加靈活的FabLite模式轉(zhuǎn)型,將采取更加靈活的制造路線和策略,逐漸拋棄6英寸晶圓廠,聚焦12英寸晶圓產(chǎn)能,并將提高通用封裝后端廠的靈活性。

意法半導(dǎo)體(ST)也在2021年支出約21億美元,其中14億美元將投入全球產(chǎn)能擴(kuò)建,7億美元將用于戰(zhàn)略計(jì)劃,包括在建的意大利Agrate 12英寸晶圓新廠、意大利Catania的碳化硅工廠和法國(guó)Tours的氮化鎵工廠。據(jù)悉,ST將在未來(lái)4年內(nèi)大幅提高晶圓產(chǎn)能,計(jì)劃在2020年至2025年期間將歐洲工廠12英寸整體產(chǎn)能提高一倍。

今年6月,意法半導(dǎo)體還宣布將與三安光電在中國(guó)成立8英寸SiC器件制造合資企業(yè),三安光電將配套建設(shè)一座8英寸襯底廠。合資公司預(yù)計(jì)2025年第四季度投產(chǎn),將幫助意法半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)2030年SiC收入超過(guò)50億美元的目標(biāo)。

Wolfspeed今年中旬也宣布獲得20億美元融資,資金將用于擴(kuò)建公司在美國(guó)已有的兩個(gè)碳化硅晶圓生產(chǎn)設(shè)施,并為汽車(chē)廠商供應(yīng)碳化硅芯片。

X-FAB則在今年5月份表示,將計(jì)劃擴(kuò)大其在美國(guó)得克薩斯州的代工廠業(yè)務(wù),以提高該廠區(qū)的碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)量。博世宣布收購(gòu)美國(guó)芯片制造商TSI Semiconductor,以增強(qiáng)其在美洲的碳化硅供應(yīng)鏈。

綜合來(lái)看,12英寸產(chǎn)線是歐美大廠接下來(lái)的布局重心,以此來(lái)進(jìn)一步提升資源和產(chǎn)能效率。

而在第三代半導(dǎo)體方面,由于市場(chǎng)需求快速爆發(fā),也有了上述以及更多的半導(dǎo)體公司積極布局和擴(kuò)產(chǎn)行為,釋放出強(qiáng)化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)以搶奪日漸增長(zhǎng)的市場(chǎng)份額的信號(hào)。

除了領(lǐng)先的市場(chǎng)份額外,歐美大廠快速的擴(kuò)產(chǎn)節(jié)奏和產(chǎn)線轉(zhuǎn)移步伐,給日本功率半導(dǎo)體市場(chǎng)帶來(lái)了壓力。

另一方面,在歐美廠商的“壓迫”之外,日本功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)還面臨著來(lái)自中國(guó)企業(yè)的沖擊。

據(jù)此前報(bào)道,SEMI Japan對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)調(diào)研了解,梳理出22家目前已發(fā)出采購(gòu)訂單的大陸新增晶圓廠項(xiàng)目,其中12家將被用于功率半導(dǎo)體生產(chǎn)。眾多廠商的快速布局以及下游巨大市場(chǎng)加持,使得中國(guó)功率半導(dǎo)體廠商成為一股不可忽視的力量。

日經(jīng)表示,中國(guó)企業(yè)新建產(chǎn)能陸續(xù)開(kāi)出后,將對(duì)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)上的日本企業(yè)形成明顯沖擊,因后者仍采用更陳舊的8英寸產(chǎn)線,生產(chǎn)效率不及12英寸產(chǎn)線。

面對(duì)來(lái)自歐美以及中國(guó)廠商的多面競(jìng)爭(zhēng)和壓力,日本功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不得不開(kāi)始思考,他們能否保住自己的利基市場(chǎng)。

窮追不舍

在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域,日本廠商包括三菱電機(jī)、富士電機(jī)、東芝、瑞薩、羅姆等在全球都有著較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力,近年來(lái)爭(zhēng)相在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域布局。

三菱電機(jī)

三菱電機(jī)株式會(huì)社成立于1921年,于1997年率先量產(chǎn)混合動(dòng)力汽車(chē)的功率半導(dǎo)體模塊,是日本IGBT領(lǐng)域的王者。2021年11月,三菱電機(jī)設(shè)立公司功率器件業(yè)務(wù)目標(biāo)時(shí)表示,到2025年銷(xiāo)售額2400億日元以上、營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率10%以上。為實(shí)現(xiàn)目標(biāo),三菱電機(jī)宣布將在未來(lái)五年內(nèi)向功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)投資1300億日元,計(jì)劃在福山工廠新建一條12英寸晶圓生產(chǎn)線,并計(jì)劃到2025年將其產(chǎn)能比2020年翻一番。

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今年3月,三菱電機(jī)再次宣布將在截至2026年3月的時(shí)間內(nèi)將之前宣布的投資計(jì)劃翻一番,達(dá)到約2600億日元,主要用于建設(shè)新的晶圓廠,以增加SiC功率半導(dǎo)體的生產(chǎn)。7月,三菱電機(jī)宣布已入股Novel Crystal Technology。

日前,日本三菱電機(jī)宣布將于安世半導(dǎo)體聯(lián)合開(kāi)發(fā)高效的SiC MOSFET分立產(chǎn)品功率半導(dǎo)體,將促進(jìn)SiC寬禁帶半導(dǎo)體的能效和性能提升至新高度,同時(shí)滿足對(duì)高效分立式功率半導(dǎo)體快速增長(zhǎng)的需求。

在以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體逐漸進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化并加速放量的階段,三菱電機(jī)為搶占技術(shù)先機(jī)按下了“快捷鍵”。

富士電機(jī)

富士電機(jī)成立于1923年,于1988年開(kāi)始生產(chǎn)第一代IGBT,2010年開(kāi)始開(kāi)發(fā)SiC功率半導(dǎo)體模塊。

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富士電機(jī)設(shè)備投資一覽

2021年8月,富士電機(jī)宣布計(jì)劃追加投資400億日元擴(kuò)充功率半導(dǎo)體產(chǎn)能。其中,大約250億日元會(huì)投入公司在馬來(lái)西亞的晶圓廠,生產(chǎn)8英寸硅晶圓,改善生產(chǎn)效率。馬來(lái)西亞廠預(yù)定2023會(huì)計(jì)年度開(kāi)始生產(chǎn)功率半導(dǎo)體。其余150億日元?jiǎng)t會(huì)分配到包括日本松本廠在內(nèi)的其他地方。

此外,富士電機(jī)還表示,在電動(dòng)汽車(chē)和可再生能源需求增加的背景下,決定將功率半導(dǎo)體的資本支出增加到1900億日元。富士電機(jī)表示,它不追逐市場(chǎng)份額,而是嚴(yán)格控制其資本投資。據(jù)日經(jīng)報(bào)道,富士電機(jī)正準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)一個(gè)300mm的產(chǎn)線,但沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明時(shí)間框架。

在碳化硅功率半導(dǎo)體方面,2022年度富士電機(jī)位于長(zhǎng)野縣的松本工廠已開(kāi)始生產(chǎn)EV用產(chǎn)品。還計(jì)劃2024年度開(kāi)始在青森縣的津輕工廠量產(chǎn),建立由兩個(gè)基地生產(chǎn)的體制。從2024年開(kāi)始,富士電機(jī)將逐漸增加全球份額,爭(zhēng)取2025-2026年使全球份額達(dá)到約2成。

東芝

東芝于1939年由芝浦制作所和東京電機(jī)合并而成,前身為東京芝浦電機(jī)株式會(huì)社,1978年正式更名為東芝株式會(huì)社。2022年4月,東芝表示,將在其位于石川縣的主要分立半導(dǎo)體生產(chǎn)基地建造一個(gè)新的300mm晶圓制造廠,用于生產(chǎn)功率半導(dǎo)體。將分兩期建設(shè),根據(jù)市場(chǎng)趨勢(shì)優(yōu)化投資節(jié)奏,第一期計(jì)劃于2024財(cái)年開(kāi)始投產(chǎn),第一期達(dá)到滿負(fù)荷時(shí),預(yù)估產(chǎn)能將是2021財(cái)年的2.5倍。

在碳化硅方面,東芝透露,2025年將開(kāi)始量產(chǎn)碳化硅材料的功率半導(dǎo)體。同時(shí),東芝還在推進(jìn)氮化鎵(GaN)功率半導(dǎo)體的研發(fā)。

瑞薩電子

瑞薩是日立、三菱和 NEC電子的半導(dǎo)體部門(mén)合并而來(lái)。2022年5月,瑞薩投資900億日元重啟甲府工廠作為功率半導(dǎo)體專用300mm晶圓廠,該工廠于2014年10月關(guān)閉,此前是150mm和200mm晶圓制造線。一旦甲府工廠實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),瑞薩的IGBT等功率半導(dǎo)體總產(chǎn)能將翻一番。為了提高產(chǎn)能,瑞薩決定利用工廠的剩余建筑,將其恢復(fù)為專用于功率半導(dǎo)體的300mm晶圓廠。

此外,瑞薩將于2025年開(kāi)始生產(chǎn)使用SiC來(lái)降低損耗的下一代功率半導(dǎo)體產(chǎn)品,計(jì)劃在目前生產(chǎn)硅基功率半導(dǎo)體的群馬縣高崎工廠進(jìn)行量產(chǎn),但具體投資金額和生產(chǎn)規(guī)模尚未確定。

羅姆

羅姆于1958年在京都成立,最初是一家小型電子元件制造商。1967年生產(chǎn)擴(kuò)大到包括晶體管和二極管,并在1969年將IC和其他半導(dǎo)體產(chǎn)品添加到產(chǎn)品陣容中。羅姆是日本最大的SiC功率半導(dǎo)體生產(chǎn)商,并通過(guò)其德國(guó)子公司SiCrystal生產(chǎn)SiC晶圓。羅姆擁有全球10%以上的SiC功率半導(dǎo)體市場(chǎng)以及15-20%的SiC晶圓市場(chǎng)。

據(jù)悉,羅姆計(jì)劃在2028年3月底前向SiC注入5100億日元發(fā)展碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈。目標(biāo)是到2030年SiC晶圓產(chǎn)能相比2021年提高35倍,據(jù)悉,到2025年羅姆SiC產(chǎn)能將提升6.5倍。

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此外,日本還有電裝、富士通半導(dǎo)體、日立、京瓷、新日本無(wú)線電、菲尼泰克半導(dǎo)體、三墾電氣、三社電氣制造、精工NPC、新電元電氣制造、豐田工業(yè)等多家涉及功率半導(dǎo)體的企業(yè)。以及更上游的材料廠商,如生產(chǎn)SiC外延晶片的昭和電工,生產(chǎn)SiC晶圓的住友金屬礦山。

同時(shí),DENSO、三菱電機(jī)、羅姆、東芝等企業(yè)也在大力布局碳化硅基板和上游材料領(lǐng)域。此舉是想在SiC需求爆發(fā)之前,鎖定關(guān)鍵原料產(chǎn)能,為后續(xù)自己的SiC功率器件的生產(chǎn)提供保障。

筆者此前在《日本功率半導(dǎo)體的“焦慮”》一文中提到,“從廠商經(jīng)營(yíng)動(dòng)向看,日本的確在加速對(duì)功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的布局。但相較之下,英飛凌、意法半導(dǎo)體、安森美半導(dǎo)體等歐美功率半導(dǎo)體廠商擴(kuò)產(chǎn)速度較快,且正快速向12英寸工藝遷移。日本廠商雖有動(dòng)作,但無(wú)論是擴(kuò)產(chǎn)幅度,還是從8英寸向12英寸的遷移速度均較為緩慢,時(shí)間上存在滯后?!?/p>

日本業(yè)人人士認(rèn)為,這是一項(xiàng)冒險(xiǎn)的事業(yè),即使在人們普遍預(yù)計(jì)功率半導(dǎo)體需求會(huì)增長(zhǎng)的時(shí)候??偸谴嬖诠┻^(guò)于求的風(fēng)險(xiǎn)。日本制造商對(duì)進(jìn)行大筆投資持謹(jǐn)慎態(tài)度,擔(dān)憂導(dǎo)致供過(guò)于求的現(xiàn)象發(fā)生。

長(zhǎng)期以來(lái),功率半導(dǎo)體是專為處理高壓設(shè)備而設(shè)計(jì),通常是根據(jù)個(gè)別產(chǎn)品規(guī)格制造,而不是批量生產(chǎn)。

但富士通半導(dǎo)體業(yè)務(wù)前負(fù)責(zé)人Masao Taguchi表示,隨著電動(dòng)汽車(chē)的大規(guī)模生產(chǎn)開(kāi)始,該行業(yè)可能會(huì)發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變,功率半導(dǎo)體可能會(huì)變得更加標(biāo)準(zhǔn)化,從而使能夠擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的公司主導(dǎo)市場(chǎng)?!?/p>

這就是DRAM行業(yè)曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的情況,日本芯片制造商在存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)上輸給了韓國(guó)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

政府發(fā)力

功率半導(dǎo)體作為日本的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域,在被歐美大廠競(jìng)爭(zhēng)和國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體“崛起”態(tài)勢(shì)的雙重?cái)D壓下,榮光漸褪,夾在處于領(lǐng)先地位的西方競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和正在迅速追趕的中國(guó)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之間。

日本政府顯然已意識(shí)到了問(wèn)題的嚴(yán)重性。

去年5月,日本政府發(fā)布關(guān)于發(fā)展半導(dǎo)體的增長(zhǎng)戰(zhàn)略草案,旨在到2030年前將日本企業(yè)在全球功率半導(dǎo)體的市占由目前20%左右提高至40%。

鑒于這種形勢(shì),日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)?。∕ETI)也正在采取行動(dòng),旨在通過(guò)推出補(bǔ)貼政策來(lái)克服目前的情況。

近日,日本電子元器件大廠羅姆半導(dǎo)體、東芝發(fā)布聯(lián)合聲明稱,雙方將合作巨額投資3883億日元(約合27億美元),用于聯(lián)合生產(chǎn)功率芯片。

其中,羅姆計(jì)劃將大部分投資2892億日元用于其主導(dǎo)的SiC晶圓生產(chǎn),其計(jì)劃在九州島南部宮崎縣建造一座新工廠。東芝則計(jì)劃出資991億日元,在日本中部石川縣建設(shè)一座尖端的300mm晶圓制造工廠。

據(jù)悉,雙方在功率半導(dǎo)體制造和增加批量生產(chǎn)方面的合作計(jì)劃已得到日本經(jīng)濟(jì)部的支持,雙方將共計(jì)獲得1294億日元(9.02億美元,相當(dāng)于總投資的三分之一)的補(bǔ)貼,以支持其在日本國(guó)內(nèi)的功率半導(dǎo)體的生產(chǎn)。

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圖源:東芝官網(wǎng)

日本經(jīng)濟(jì)大臣西村康稔在新聞發(fā)布會(huì)上表示,日本國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體制造商相互合作,提高日本工業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,這是至關(guān)重要的。其表示,該部一直鼓勵(lì)日本的芯片制造商之間進(jìn)行更多合作。

與國(guó)內(nèi)較為相似的是,中日兩個(gè)市場(chǎng)的功率半導(dǎo)體產(chǎn)能都比較碎片化。通過(guò)利用政府補(bǔ)貼來(lái)新建功率半導(dǎo)體產(chǎn)能,兩方作為各自進(jìn)入更細(xì)分的市場(chǎng)進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)布局,對(duì)方產(chǎn)品可以充分互補(bǔ)來(lái)提升客戶服務(wù)能力。這對(duì)提振羅姆和東芝的產(chǎn)線產(chǎn)能利用率,進(jìn)一步提高兩家公司的成本、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)起到較強(qiáng)的促進(jìn)作用。

有業(yè)內(nèi)專家指出,這點(diǎn)也值得被國(guó)內(nèi)企業(yè)參考。近年來(lái),國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)進(jìn)入了內(nèi)卷時(shí)代,價(jià)格戰(zhàn)、紅海競(jìng)爭(zhēng)等字眼被頻繁提及。從產(chǎn)業(yè)鏈角度看,國(guó)內(nèi)目前晶圓制造環(huán)節(jié)還較為薄弱,存在很多共性問(wèn)題,需要通過(guò)政府政策引導(dǎo)和長(zhǎng)期產(chǎn)業(yè)資金投入來(lái)持續(xù)推進(jìn)研發(fā)和應(yīng)用。在功率半導(dǎo)體市場(chǎng)需求強(qiáng)力釋放趨勢(shì)下,未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)是全球性的競(jìng)爭(zhēng)。無(wú)論是對(duì)于日本還是中國(guó)功率半導(dǎo)體,企業(yè)間強(qiáng)強(qiáng)合作共同把功率半導(dǎo)體市場(chǎng)推向全球舞臺(tái)才是關(guān)鍵。

搶占未來(lái)

隨著全球芯片制造商將重點(diǎn)從硅片轉(zhuǎn)移到SiC晶圓片上,日本各大功率半導(dǎo)體企業(yè)紛紛在SiC領(lǐng)域大幅擴(kuò)產(chǎn),日本半導(dǎo)體行業(yè)正寄希望于SiC作為日本電子行業(yè)救星的潛力。

此外,圍繞GaN功率半導(dǎo)體,日本企業(yè)也在發(fā)力。

據(jù)日本專利廳統(tǒng)計(jì),2000-2019年在世界上申請(qǐng)的相關(guān)專利,日本企業(yè)占4成。在GaN基板領(lǐng)域,三菱化學(xué)集團(tuán)將與日本制鋼所合作,預(yù)計(jì)2023年初實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),住友化學(xué)最早2024年度實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

日本諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者天野浩教授認(rèn)為,日本的優(yōu)勢(shì)在于材料和器件等,應(yīng)該積極開(kāi)發(fā)GaN。

從最初的Si到SiC/GaN,功率器件已經(jīng)展現(xiàn)出了明顯的效率轉(zhuǎn)換提升優(yōu)勢(shì)。

與此同時(shí),行業(yè)也正在不斷探索更多新型材料。尤其是氧化鎵和金剛石,這兩種材料正在受到越來(lái)越多的關(guān)注。

首先看氧化鎵,這或許將為日本增添新的動(dòng)力。

氧化鎵,作為一種相對(duì)較新的半導(dǎo)體材料,相比碳化硅、氮化鎵具有更寬的禁帶寬度(約4.9eV禁帶寬度),以及具有8MV/cm的理論臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)。其高擊穿電場(chǎng)和較低的損耗顯示出巨大的潛力,但由于制造工藝相對(duì)不成熟,目前其應(yīng)用仍處于探索階段。未來(lái),氧化鎵有望在高壓和高效的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中找到其位置。

根據(jù)日本Yano研究所市場(chǎng)報(bào)告預(yù)測(cè),2025年氧化鎵晶圓襯底將部分替代SiC、GaN材料,市場(chǎng)規(guī)??蛇_(dá)到2600億日元,整個(gè)氧化鎵市場(chǎng)容量將隨著功率電子的發(fā)展呈現(xiàn)跨越式發(fā)展。

在氧化鎵的研發(fā)方面,日本走在時(shí)代前列。

日本東京國(guó)家信息通信技術(shù)研究所(NICT)的Masataka Higashiwaki是第一個(gè)認(rèn)識(shí)到β-Ga2O3在電源開(kāi)關(guān)中潛力的人。2012年,他的團(tuán)隊(duì)報(bào)告了第一個(gè)單晶β-Ga2O3晶體管,令整個(gè)半導(dǎo)體器件界感到驚訝。

此后幾年,日本不少公司都在研發(fā)氧化鎵。其中日本一家公司Novel Crystal Technology(NCT)是世界上最早開(kāi)發(fā)、制造和銷(xiāo)售功率半導(dǎo)體用氧化鎵晶圓的公司之一

據(jù)了解,早在2021年,NCT公司就已成功量產(chǎn)4英寸氧化鎵晶圓,并開(kāi)始供貨。去年該公司計(jì)劃投資約20億日元,為其工廠添加設(shè)備,計(jì)劃到2025年建成年產(chǎn)2萬(wàn)片4英寸的氧化鎵晶圓生產(chǎn)線。

在2022年3月,NCT又使用HVPE方法在6英寸晶圓上成功外延沉積氧化鎵,NCT表示,此舉將有望將成本降到SiC的三分之一。

除了制造和加工氧化鎵單晶基板的設(shè)備和檢查設(shè)備外,NCT還將引進(jìn)用于在晶圓上外延生長(zhǎng)氧化鎵的成膜設(shè)備,并計(jì)劃開(kāi)發(fā)一種可以同時(shí)沉積多個(gè)晶圓的新設(shè)備。

今年7月,三菱電機(jī)集團(tuán)宣布投資NCT,希望將其長(zhǎng)期積累的低功率損耗、高可靠性功率半導(dǎo)體產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造技術(shù)與NCT公司的氧化鎵晶圓制造技術(shù)相結(jié)合,加快開(kāi)發(fā)卓越節(jié)能的氧化鎵功率半導(dǎo)體。

整體來(lái)看,在氧化鎵方面的研究,日本在襯底、外延和器件的研發(fā)方面處于全球領(lǐng)先地位。值得一提的是,研發(fā)氧化鎵功率元件的并不是大中型功率半導(dǎo)體企業(yè),而是一些初創(chuàng)企業(yè)。最近幾年,在日本政府的大力支持下,依托于日本各大高校,分離出來(lái)了不少在氧化鎵領(lǐng)域的廠商,目前已取得了不少突破。

假以時(shí)日,當(dāng)氧化鎵功率半導(dǎo)體潮頭來(lái)臨的時(shí)候,日本企業(yè)必將首先獲利。

 時(shí)過(guò)境遷

功率半導(dǎo)體起源于歐美,日本后來(lái)居上占了半壁江山。

回顧產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程,日本廠商之所以能夠在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域取得成功,一方面在于日本以產(chǎn)業(yè)用途少量多品種定制需求為主,沒(méi)有卷入大尺寸晶圓演進(jìn)帶來(lái)的設(shè)備投資競(jìng)爭(zhēng),可以靈活利用現(xiàn)有工廠來(lái)滿足需求。

另一方面也離不開(kāi)下游龐大的市場(chǎng)需求支撐。早在1980年代,功率半導(dǎo)體初問(wèn)世的時(shí)候,較多用于工廠和成套設(shè)備,后續(xù)隨著混合動(dòng)力車(chē)的增加,功率半導(dǎo)體開(kāi)始不斷應(yīng)用于汽車(chē)市場(chǎng),而日本作為當(dāng)時(shí)世界最大的汽車(chē)生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó),功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自然也加速發(fā)展。

而如今,時(shí)過(guò)境遷。

雖然日本在功率半導(dǎo)體中的地位仍然無(wú)法忽視,但固守原有模式的日本功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),似乎正目睹著自身優(yōu)勢(shì)隨市場(chǎng)和行業(yè)的變遷在一同遠(yuǎn)去。

在市場(chǎng)巨變的背景下,行業(yè)廠商開(kāi)始加快擴(kuò)產(chǎn)增速的步伐,日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省在半導(dǎo)體戰(zhàn)略中將把功率半導(dǎo)體作為重要領(lǐng)域之一,但日本功率半導(dǎo)體企業(yè)能否繼續(xù)保持影響力將遭受考驗(yàn)。

日本在DRAM市場(chǎng)被韓國(guó)取代的過(guò)往再次提醒,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑并非一成不變,獨(dú)立、謹(jǐn)慎在過(guò)去固然是一種優(yōu)勢(shì),但在功率半導(dǎo)體市場(chǎng)進(jìn)一步擴(kuò)容的當(dāng)下,縱橫捭闔的能力以及破釜沉舟的勇氣,正在變得更加重要。

文章來(lái)源:半導(dǎo)體行業(yè)觀察

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