《日经》:日本半导体重振的关键——后工序

从历史进程看,全球半导体行业已经完成两次的半导体产业转移:第一次是20世纪70年代从美国转向日本,第二次是20世纪80年代半导体产业转向韩国与中国台湾。目前全球半导体行业正经历第三次产业转移,世界半导体产业逐渐向中国大陆转移。

当前,日本半导体行业正打算重振历史雄风,其封装技术正受到关注。在半导体组件的微细化日益困难的背景下,通过把半导体芯片堆叠起来提升性能的“3D堆叠技术”的重要性正在提高。日本汇聚揖斐电(IBIDEN)、芝浦机电(SHIBAURA MECHATRONICS)、JSR等拥有较高技术实力的设备和材料厂商。世界最大半导体代工企业台积电(TSMC)也开始在日本启动最尖端堆叠技术的联合开发。

正文:

  位于茨城县筑波市的产业综合研究所的无尘室成为力争开发新半导体技术的日台联盟的基地。

    

日本半导体重振的关键——后工序

日本的后工序技术拥有较强的竞争力(迪思科的研发中心内)

     

  台积电的子公司——台积电日本3DIC研发中心(横滨市)构建了以揖斐电、JSR、迪思科等21家日本半导体相关企业为中心的联合开发体制。5月31日,一直在争取台积电的日本经济产业省发布了伙伴企业的名单。在股票市场,相关企业的股价联袂上涨。

     

  将在筑波市联合开发的是新的3D堆叠技术。以立体形式把半导体芯片连接起来,实现高速通信和节电化。能突破在2D设计微细化的极限,提高性能。

    

  还能把芯片之间的数据移动所需的能源减为约1000分之1,大幅减少系统整体的耗电量。有望实现数据中心的节电化以及提高人工智能(AI)性能。以台积电为代表,英特尔、三星电子等世界知名半导体厂商在3D堆叠技术的开发方面展开激烈竞争。

    

  日本企业拥有大量3D堆叠所需关键技术。这是被称为“后工序”的制造流程需要的技术领域。指的是经过在晶圆上形成电路的“前工序”阶段后,切分为芯片、连接电极、通过树脂进行封装的技术等。

     

  台积电2月宣布在日本建立研发基地,日本经济产业省一名高官回顾称,“如果没有揖斐电,就无法把台积电吸引到日本”。即使是台积电,要实现最尖端的3D堆叠技术,也离不开日本企业的技术。

      

  3D堆叠需要以立体形式把半导体芯片和基板直接堆叠连接起来。要以高精度对准芯片和基板的细小端子,并进一步提高生产效率和散热性等,必须具备综合性的产品制造能力。台积电选择的合作伙伴全都是在半导体的封装和材料技术上拥有顶尖实力的企业。

       

  在切分芯片的切割机领域,迪思科(DISCO)约占7成份额。在把芯片和基板连接起来的组装设备领域,芝浦机电能提供面向尖端封装的设备。

     

  芝浦机电的组装设备能以高密度堆叠芯片,被用于制造面向高性能手机的半导体制造。

    

  封装半导体芯片的高性能封装基板是揖斐电和新光电气工业独领风骚的舞台,上述企业与英特尔长期合作推进研发。昭和电工材料涉足封装所需的各种制程材料。

       

  在制造工序使用的感光材料领域,JSR和东京应化工业等日本企业占全球大部分份额。信越化学工业精通半导体材料,在成为半导体母材的硅晶圆领域占据约3成份额,份额全球最大。该公司也成为台积电的合作伙伴。

      

日本半导体重振的关键——后工序

         

  随着台积电在日本建立研发基地,新冠疫情导致的出行限制和跨境材料运输问题将迎刃而解。与中小材料厂商的合作也将容易推进,能促进研发工作。

    

  3D堆叠技术受到关注,是因为半导体微细化技术增长乏力。微细化是指通过提高电路集成度来提升性能,技术提升空间有限,越来越难以获得与投资相称的成果。

    

  “摩尔定律”接近极限

    

  半导体的集成度在18个月里达到2倍这一“摩尔定律”已成为过去。英特尔等多次推迟微细化的发展蓝图。面向英特尔尖端生产线的设备供货推迟,有声音指出“(设备)在仓库里堆积如山”。

      

  另一方面,借助3D堆叠和传感器融合等微细化以外方法来提升性能的“超越摩尔定律(More than Moore)”的思路正受到关注。掌握关键的是半导体生产的后工序。东京理科大学研究生院教授若林秀树表示,“后工序的附加值今后将提高,日本能发挥潜力”。

  

  其一,是日本汇聚着今后半导体需求将扩大的汽车和机器人产业这一点。这些领域需要使用根据用途进行优化的专用半导体。日本具备掌握客户需求,能迅速推进开发的“地利”。

          

  另一个,是在日本容易推进半导体多功能化这一点。针对把半导体和电子零部件结合起来,实现组件多功能化的“混合集成电路(Hybrid IC)”。台积电将与TDK、村田制作所、罗姆等日本强有力电子零部件厂商加强合作。若林表示,“如果在后工序掌握主导权,有助于恢复日本半导体的竞争力”。

                

  日本经济产业省6月提出了吸引海外大型代工企业,鼓励在日本国内生产尖端半导体的战略。日本经济产业省商务信息政策局组件与半导体战略室室长刀祢正树表示,“虽然希望立即在国内建立半导体工厂,但首先需要磨练日本的优势”。日本将首先在后工序上提升竞争力,巩固立足点。

        

  3D堆叠技术第一人的东京大学教授黑田忠广表示,如果后工序的技术提升,“还能应用于属于前工序的晶圆加工阶段”。他期待后工序成为日本在半导体制造领域东山再起的立足点。

             

  不过,虽然日本在后工序领域具有较高技术实力,但很多企业规模小、投资能力有限。在半导体行业,随着技术不断进步,研发和设备投资费用不断增加。在这样的背景下,存在如果无法果断作出投资判断,就难以应对迅速变化的行情的风险。若林表示,“日企由于规模小,不被海外的强有力企业当回事。进行行业重组是提高竞争力的选项之一”。 

            

  此前日本政府主导的很多援助措施并未推动产业发展,成果有限。能否借助与台积电的共同研究提高后工序的国际竞争力,同时开辟“超越摩尔定律”的新市场?具有优势的后工序将成为日本重振半导体的旗帜。

       

 

 

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