全球半导体产业 1950s 起源于美国,于 1970s-1980s 完成了第一次由美国到日本的产业转移。在产业转移期间日本由政府牵头,企业和研究机构共同协力取得了巨大的技术成果,在成本和技术的优势下,日本企业借机迅速成长扩张,到 1990 年日本已占据全球存储芯片超过 50%的市场份额,在全球十大半导体企业中占据了六个席位。

1990s 以后,伴随着第二及第三次的半导体产业转移,日本技术及成本优势丧失,市场份额迅速跌落。正在全力建设的中国半导体可以从日本的崛起获得什么启示呢?

值得一提的是虽然日本半导体产业份额已经跌落,但是日本在半导体材料领域延续了半导体昔日的辉煌。 2015 年日本半导体材料市场份额额达 52%,自身消费 15%,在 14 种半导体重要材料方面均占有 50%及以上的份额, 是全球最大的半导体材料输出国。

日本半导体行业发展历史

半导体产业是电子信息产业的基础,代表着当今世界最先进的主流技术发展。半导体产业于上世纪五十年代起源于美国,之后共经历了三次大规模产业转移。

第一次是在 1970s 末期,从美国转移到了日本, 第一次转移后日本成为世界半导体的中心;

第二次是上世纪八十年代末期至九十年代初, 产业从日本转移到了韩国、中国台湾和新加坡等地,形成了世界范围内美国、韩国、台湾等国家和地区多头并立的局面。

第三次是二十一世纪以来,我国由于具备劳动力成本等多方面的优势,正在承接第三次大规模的半导体产业转移。

001japan20170322 半导体产业的两次转移

日本半导体企业的发展依次经历了崛起(1970s)、鼎盛(1980s)、衰落(1990s)、转型(2000s)四个阶段。

002japan20170322 日本半导体产业发展历程

1、崛起: 1970s, VLSI 研发联合体带动技术创新

上世纪 70 世纪初, 日本半导体产业整体落后美国十年以上。 70 世纪中期, 日 本本土半导体企业受到两件事的严重冲击。一件事是日本 1975、 1976 年在美国压力下被迫开放其国内计算机和半导体市场; 另一件事是 IBM 公司开发的被称为未来系统(Future System, F/S)的新的高性能计算机中,采用了远超日本技术水平的一兆的动态随机存储器。

1976-1979 年在政府引导下,日本开始实施具有里程碑意义的, 超大规模集成 电路的共同组合技术创新行动项目(VLSI)。 该项目由日本通产省牵头,以日立、三菱、富士通、东芝、日本电气五大公司为骨干,联合了日本通产省的电气技术实验室(EIL)、日本工业技术研究院电子综合研究所和计算机综合研究所, 共投资了720 亿日元,用于进行半导体产业核心共性技术的突破。

003japan20170322 VLSI项目实施情况

VLSI 项目是日本“官产学”一体化的重要实践, 将五家平时互相竞争的计算

机公司以及通产省所属的电子技术综合研究所的研究人才组织到一块进行研究工作, 不仅集中了人才优势, 而且促进了平时在技术上互不通气的计算机公司之间的相互交流 、相互启发, 推动了全国的半导体、 集成电路技术水平的提高, 为日本半导体企业的进一步发展提供平台,令日本在微电子领域上的技术水平与美国并驾齐驱。项目实施的四年内共取得了约 1000 多项专利,大幅度提升了成员企业的 VLSI制作技术水平,日本公司借此抢占了 VLSI 芯片市场的先机。

同时政府在政策方面也给予了大力支持。 日本政府于 1957 年颁布《电子工业

振兴临时措施法》,支持日本企业积极学习美国先进技术,发展本国的半导体产业。1971 年、 1978 年分别颁布了《特定电子工业及特定机械工业振兴临时措施法》、《特定机械情报产业振兴临时措施法》,进一步巩固了以半导体为核心的日本信息产业的发展。

004japan20170322 日本政府相关政策

2、鼎盛: 1980s,依靠低价战略迅速占领市场

该阶段, 日本半导体产业的主要竞争力是产品的成本优势和可靠性。日本半导体业的崛起以存储器为切入口,主要是 DRAM(Dynamic RandomAccess Memory,动态随机存取记忆体)。到上世纪 80 年代,受益于日本汽车产业和全球大型计算机市场的快速发展, DRAM 需求剧增。 而日本当时在 DRAM 方面已经取得了技术领先, 日本企业此时凭借其大规模生产技术, 取得了成本和可靠性的优势,并通过低价促销的竞争战略,快速渗透美国市场,并在世界范围内迅速取代美国成为DRAM 主要供应国。

随着日本半导体的发展,世界市场快速洗牌, 到1989 年日本芯片在全球的市场占有率达 53%,美国仅 37%, 欧洲占 12%,韩国 1%,其他地区 1%。

005japan20170322 1989 半导体芯片市场份额

80 年代, 日本半导体行业在国际市场上占据了绝对的优势地位。 截至 1990 年,日本半导体企业在全球前十中占据了六位, 前二十中占据十二位。 日本半导体达到鼎盛时期。

006japan20170322 1990 年全球十大半导体企业(颜色标记为日本企业)

3、衰落: 1990s,技术和成本优势丧失,市场份额迅速跌落

从微电子行业的世界技术发展趋势来看, 进入上世纪九十年代, 在美国掀起了以 downsizing 为核心的技术革命, 以 PC 为代表的新型信息通信设备快速发展, 但日本在该领域未有足够准备。 同时日本在 DRAM 方面的技术优势也逐渐丧失,成本优势也被韩国、 台湾等地取代。PC 取代大型主机成为计算机市场上的主导产品,也成为 DRAM 的主要应用下游。

不同于大型主机对 DRAM 质量和可靠性(可靠性保证 25 年) 的高要求, PC对 DRAM 的主要诉求转变为低价。 DRAM 的技术门槛不高,韩国、台湾等地通过技术引进掌握了核心技术, 并通过劳动力成本优势,很快取代日本成为了主要的供应商。 1998 年韩国取代日本,成为 DRAM 第一生产大国,全球 DRAM 产业中心从日本转移到韩国。

之后,韩国一面继续维持 DRAM 的生产大国地位,一面开发用于数字电视、移动电话等的 SOC,双头并进;而台湾通过不断增加投资,建成了世界一流的硅代工公司——台积电和联电,开发了一种新的半导体制作模式,同时积极研发,在部分尖端技术上已经可以与日本齐头并进。

007japan20170322 韩国 DRAM 技术完成对日美的赶超化

该阶段, 日本半导体产品品种较为单一(过于集中在 DRAM 上), 产品附加值 低;同时未跟上世界技术潮流, 日本半导体产业在该阶段受到重创。 截止 2000 年,日本 DRAM 份额已跌至不足 10%。

008japan20170322 DRAM市场份额变化

4、 转型: 2000s,合并整合与转型 SOC

为挽回半导体产业的颓败之势, 日本半导体企业首先进行了结构性改革。 除

Elpida 外所有其他的日本半导体制造商均从通用 DRAM 领域中退出,将资源集中到了具有高附加值的系统集成芯片等领域。 2000 年 NEC、日立的 DRAM 部门合并,成立 Elpida,东芝于 2002 年卖掉了设在美国的工厂, 2003 年 Elpida 合并了三菱电机的记忆体部门。但 Elpida 于 2012 年宣告破产, 2013 年被美光购并,标志着日本在 DRAM 的竞争中彻底被淘汰。

另一方面,日本重新开启了三个较大型的“产官学”项目——MIRAI、 ASUKA

和 HALCA。 三个项目都于 2001 年开启, 以产业技术综合研究所的世界级超净室(SCR)作为研发室,“ ASUKA”项目由 NEC、日立、东芝等 13 家半导体厂家共同出资 700 亿日元, 时间为 2001-2005,主要研制电路线宽为 65 纳米的半导体制造。

所必须的基础技术;“ MIRAI” 项目时间为 2001~2007,由日本经产省投资 300 亿日元,由 25 家企业的研究所和 20 所大学的研究室共同研究;“ HALCA”项目除进行实用化制造技术的研究外,还要进一步研究高速度、节省能源的技术。这三个项目从原理、基础技术、实用技术到量产技术上相互协调、相互补充。此外,日本政府还实施了 SOC 基础技术开发项目(ASPLA)等,进一步对之前的项目研究成果进行再开发。

009japan20170322 日本三大半导体开发计划的关联

目前世界半导体产业进入到寡头时代,竞争格局相对稳定。尽管日本企业在半导体设备行业份额日益减少,但在半导体的一些其他细分行业以及半导体材料领域,日本企业仍保持着优势地位。 DRAM 领域主要的生产商是三星、 Hynix 和 Micron(包括收购的原日本 Elpida); NAND 领域是东芝(与 Sandisk 合资的四日市工厂),三星和 Micron; 半导体制造设备是 TEL, Screen,日立高科等; 半导体材料是 JSR,TOK,信越等; 晶圆有信越, SUMCO 等。

日本半导体材料行业发展现状

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, 因此半导体材料企业在半导体行业中占据着至关重要的地位。 而日本企业在硅晶圆、合成半导体晶圆、光罩、光刻胶、药业、靶材料、保护涂膜、引线架、陶瓷板、塑料板、 TAB、 COF、焊线、封装材料等 14 中重要材料方面均占有 50%及以上的份额, 日本半导体材料行业在全球范围内长期保持着绝对优势。

010japan20170322 集成电路产业链(从多晶硅到完整的集成电路芯片)

011japan20170322 半导体材料生产份额

012japan20170322 半导体材料市场消费份额

013japan20170322

014japan20170322 2014 年半导体材料行业日本份额占比

作为全球最大的半导体材料生产国,2014年日本国内的半导体材料消费占 22%, 日本同时也是全球最主要的半导体材料输出国。 大部分半导体材料出口到了亚太地区的其他国家。 目前虽然半导体产业开始了第三次转移,逐步转移到以中国为主的更具备生产优势的地区,但是我国目前配套半导体材料生产能力有待提升。

015japan20170322 2014 年全球半导体消费市场分布

主要日本半导体材料企业发展历史

半导体材料为半导体产业链中芯片制造和封装测试环节提供原材料。 根据在产 业链中的位置, 可分为晶圆制造材料和封装材料两大类。 2015 年全球半导体市场的总产值为 434 亿美元,晶圆制造和封装两类材料分别为 241 亿美元和 193 亿美元,占比按产业链工艺环节可以将半导体材料分为晶圆制造材料和封装材料。

016japan20170322 半导体产业链

017japan20170322 半导体材料分类产值

(一)半导体材料行业的龙头企业——信越化学

硅片及硅基材是半导体材料中最重要的部分,占半导体材料市场份额的 32%。信越化学工业株式会社作为日本半导体材料行业的龙头企业之一,是全球最大的半导体硅片供应商, 2015 年在全球半导体硅片市场中占有 27%的份额。

018japan20170322 半导体材料份额比例

019japan20170322 全球硅片市场份额

目前信越化学的单晶硅已经可以达到纯度 99.999999999%(11 个 9)的生产水 平,技术远超其他企业,而其产品也从半导体硅发展到了主要产品包括以硅元素为核心的有机硅系列, HDD 等用稀土磁铁、半导体用光刻胶、环氧模塑料及液态环氧封装材料。

020japan20170322 信越化学产品分类

1、代表日本先进硅产业的发展历程

信越化学作为日本有机硅工业的“国产技术”的典范, 发展历程也代表了整个

日本的硅产业的发展。 具体而言, 信越化学的发展主要包括四个阶段。

第一阶段: 基础研究与工业化阶段(1941-1953)

二战后,日本开始接触到美国有机硅产业,东芝、信越化学和岛津三个公司分别开始进行有机硅工业化技术的开发工作。 1952 年,信越化学公司采取粉末触体搅伴式直接法完成了单体模型试验,有机硅产品开始投入市场, 日本有机硅产业开始向工业化过渡。

第二阶段: 高速发展阶段(1953--1966)

1953 年信越化学获得了直接法专利权持有者—美国通用电气公司(GE)的“专门

技术”使用权, 1954 年公司获得日本通产省的硅橡胶工业化补助金, 1957 年和 DC公司签定了相关产品的专利使用权协议, 1960 年开始生产 1960 高纯度硅、醋酸乙烯单体、聚乙烯醇,公司有机硅系列业务开始进入正轨。

借助于政府的工业化补助金,公司大力开展研发工作,独自开发了诸如新型结构的聚氨醋用匀泡剂、加成型液体硅橡胶等新硅橡胶产品,提升了公司市场份额。 1960 年 3 月信越化学公司的有机硅产品销售额首次突破一亿日元大关。此后,信越化学公司的有机硅单体产量,仅次于美国的 GE、 DC 和 UC 三公司,跃居世界第四位。 依靠信越化学的高速发展,

1960-1970 年日本有机硅产量增长接近 6 倍,在这一阶段日本有机硅完成了从无到有的转变。

021japan20170322 日本有机硅产量1960—1970

持续发展阶段 (1967-- 1988)

1966、 1967 年美国 DC、 GE 公司在有机硅单体合成及水解方面的专利在日本 相继失效,两家公司先后于 1967、 1971 年分别与东丽和东芝公司合办了东丽有机硅公司和东芝有机硅公司。该两家公司与信越化学形成了三足鼎立的局势。信越化学作为“国产技术” 的代表,采取了多项措施稳固了国产有机硅的地位,使信越化学在与美国企业的竞争中逐渐取得优势。

022japan20170322 信越化学的竞争策略

这一阶段日本的有机硅产业同样处于持续的高速发展阶段, 1970-1986 年日本 有机硅产量从约 6000 吨增长至超 60000 吨,产量增长超过 10 倍。 这一阶段日本有机硅完成了对美国的反超。同时, 1979 年日本有机硅产品输入 36 亿日元,输出 37亿日元, 日本也完成了从有机硅输入国到输出国的转变。

023japan20170322 日本有机硅产量

多极化国际竞争阶段(1988 至今)

此阶段,信越化学的有机硅业务在国际竞争中已建立了绝对优势地位,开始进行国际化扩张,分别在台湾、美国、新加坡、荷兰建立了分公司与工厂。巩固其优势地位。 并不断探索新的业务线, 1998 开始光刻胶的企业化、 2007 开发 RoHS 限制对应光隔离器并共同开发了凸版印刷和最尖端光刻掩膜版、 2008 开发世界最大级的永久磁铁式磁电路。2015年 6月宣布将与中国最大的光纤生产企业合资成立公司,投资 125 亿日元(约合人民币 6.25 亿元)在湖北省建设光纤材料“光纤预制棒”的生产厂。

2、 官产结合造就行业巨头

信越化学的成功离不开以下几个方面的努力。 一方面, 是强大的研发力度和研 发能力,是研发内生增长的典范。 信越化学通过自行生产金属硅,保障了主原料的稳定性,确立了从原料开始的一贯式生产体制。 目前,信越公司共设有七家研发中心: 有机硅-电子材料研究中心、 先进功能材料研究中心、 磁性材料研究中心、 新型功能材料研究中心、 半导体材料研究中心、 特种化工材料研究中心和 PVC 研究中心。

目前除了竞争优势明显的硅产品,信越在稀土磁体(从混合动力汽车到磁悬浮

列车的重要部件)、 光刻胶、原子共振荧光刻胶、三层材料、 LED 封装以及砷化镓半导体等其他重要而发展迅猛的高科技领域都具有行业领先地位。

另一方面, 是国家的大力支持。 日本政府除了在行业发展前期给予多种优惠政 策及补贴外,通产省 1989 年再次制定了投资 160 亿日元的“硅类高分子材料研究开发基本计划”,计划分三期,目的为确定有机硅单体及聚合物的合成及加工技术,这一计划再次为以信越化学为首的有机硅生产企业提供了资金和技术的大力支持。

024japan20170322 日本的“硅类高分子材料研究开发基本计划”进度表

(二)全球最大的光罩生产商——凸版印刷株式会社

凸版印刷株式会社 1900 年依靠“电铸凸版印刷法”起家,是一家光罩生产公司。 光罩又称掩膜版、光掩膜等,是制造液晶显示器、半导体时图形“底片”转移 用的高精密工具,是下游电子元器件制造业流程衔接的关键部分,影响着下游产品的精度和质量。光罩生产具有资本密集、技术密集的特点。

目前凸版印刷是全球最大的光罩生产企业,光罩生产及研发水平全球领先, 产品线完整,占据了全球超过30%的光罩市场份额。

025japan20170322 全球主要光罩生产商产品布局

在传统印刷业务取得领先后,凸版印刷多元化发展,目前公司的业务主要包括

信息与网络技术(包括证券与卡片部门、商业印刷部门、出版印刷部门)、生活环境领域(包括包装部门、高功能元件部门、建筑装修材料部门)、电子领域(显示器相关部门、半导体相关部门)三大领域。

026japan20170322 半导体材料份额比例

027japan20170322 全球硅片市场份额

凸版印刷在长达 100 多年的发展历程中经历多次行业兴衰始终屹立不倒并保持 行业领先主要依靠以下几个方面。

1、通过并购巩固行业龙头的地位并进行业务拓展

2005 年凸版印刷 6.5 亿美元的价格并购了全球三大光罩厂之一的 DuPont Photomasks,取代了大日本印刷(Dainippon)的龙头地位, 完成了一次重要的行业洗牌, 大幅度提升了公司的市场占有率,巩固了企业的行业地位。 随后凸版印刷继续通过不断的并购扩张自身的印刷业务市场份额。

2010 年,为尽早实现 OLED 显示器的批量生产,凸版印刷收购了卡西欧旗下的中小尺寸显示器业务新公司“ ORTUS TECHNOLOGY”, 从卡西欧手中接过了中小尺寸 TFT 液晶面板业务、 OLED 开发设备和人员,大幅度提高了公司在 OLED 方面的竞争力。 2012 年公司再次收购夏普液晶面板子公司部分股权,进一步布局显示相关领域。 依靠不断地行业并购来扩大自身市场份额以及业务领域是凸版印刷扩张的主要方式。

028japan20170322 近年凸版印刷主要并购事件

2、积极进行合作研发

开明的合作理念是凸版印刷的另一特点。 2000 年凸版印刷与中国故宫博物馆合 作将业务拓展至信息网络领域; 2002与 NEC联合成立生产印刷电路板的新公司――株式会社凸版 NEC 电路解决方案; 2005 年凸版印刷与 IBM 公司签订协议, 共投入200 亿日元(约 1.869 亿美元) 合作研发 42nm 光罩,并于 2010 年开始量产;

2008年与与美国杜邦公司签订关于太阳能电池背膜的合同。 通过不断地与不同企业进行合作研发,在双方的交叉和碰撞中凸版印刷得以不断累积自身技术优势。值得一提的是,排名第二的大日本印刷也与英特尔合作,共同研发 45 纳米芯片用光罩,由此可见日本半导体材料企业都在积极寻求跨国的合作研发机会。

3、未雨绸缪,不断寻找新的风口

在以光罩为代表的印刷领域取得绝对优势后,凸版印刷又不断锐意进取, 不断 发掘新的具有增长潜力的市场, 将业务扩大到了“信息与网络领域”、“生活环境领域”、“电子领域”、“个人服务领域”及“新一代商品领域”等其他多种领域。

OLED 触控面板市场是凸版印刷新的布局点之一。 OLED 是目前最新的平板显示技术,不同于之前 CRT、 PDP 显示屏的真空技术 , LCD 显示屏的液态技术, OLED是一种纯固体的显示技术,容纳了 CRT 和 LCD 两种显示屏的优势。 据 IHS 预计到2019 年 OLED 面板产量有望从 2014 年的不到 200 万平方米增长到 1200 万平方米。

029japan20170322 全球OLED市场成长预测

而凸版印刷自身业务和 OLED 业务还能够形成协同效应。依靠公司半导体相关事业培育出的细微化加工技术, 并将触控感测器主流生产材料 ITO 或银改用为铜,凸版印刷生产的产品应答速度可达市场上普通产品的约 3 倍,在着重应答速度差异性的中大尺寸面板市场具有竞争优势;

另一方面, AMOLED 制作过程中最主要成本来源是材料和设备,凸版印刷是 CF 彩色滤光片的主要提供商, 具有材料与设备优势,在行业内具有较强的竞争力;同时, 凸版印刷利用其生产半导体光罩的滋贺工厂生产触控面板产品, 活用现有设备, 设备投资额较低(仅为约 2-3 亿日圆),实现了资源的有效利用。

(三)全球最大的光刻胶生产商——日本合成橡胶公司 JSR

JSR 是全球最大的光刻胶生产商。光刻胶又称光致抗蚀剂, 是由感光树脂、增 感剂和溶剂三种主要原料组成的对光敏感的混合液体,主要功能是通过光化学感应曝光、显影、刻蚀等工艺将所需要的微细图形从光罩转移到代加工的介质上,主要应用于微电子领域的精细线路图形加工。

随着固体器件的高水平发展,采用光刻工艺的微细加工技术在各种半导体瘫和集成电路的制造中的地位也日益提高,目前, 光刻胶已经是代表整个半导体产业发展水平的核心材料,具有指标性功能。

030japan20170322 2015年全球光刻胶市场分布

四、 日本半导体材料行业发展给予中国的启示

(一)通过“产官学”一体化进行国家级基础攻关研究

我国半导体材料行业在发展初期可以通过引进国外先进技术进行赶超,但从长远的发展来看,还是需要学习日本半导体企业的自主研发、自主生产的原则。以官方为主导,各企业与研究机构共同联合研究,攻关大型基础研究项目,开发关键技术,扩大具有自主知识产权的半导体材料产品的比例,为产业中企业的发展提供平台。各企业先合作开发好关键技术后,各企业再各自进行商业化。

(二)找准具有高附加值的核心产品,避免产品分散

就目前全球半导体产业来看,韩国主打 DRAM,美国公司着重于 MPU、 DSP或 MCU 产品,而日本公司一般都生产 4-6 中主要产品,缺少具有竞争力的核心产品。

而就半导体材料行业来看,日本发展较好的半导体材料企业基本都是属于自己的拳头产品,这些产品经过多年来不断地投入的研发,技术水平行业领先,保障了各企业的市场占有率和市场地位。

(三)积极进行海外研发、合作研发

1980s 时期,日本半导体厂商纷纷在国外建立研发基地,通过进行联合开发而

与美国的大用户建立了良好的信任关系。但 1990s 年后期,随着行业景气度下降,日本半导体企业开始对国外的研发基地进行整合与撤销,一方面技术水平开始被新兴市场赶超,另一方面和美国大客户的信任关系也受到破坏,更加降低了日本半导体企业的国际市场份额。而日本半导体材料企业一直维持这海外研发、合作研发的优良传统,保持了技术上的领先性和这种信任关系,因此日本半导体材料企业迄今依然占领着国际市场较大的份额。

(四)经营模式的及时转型

日本半导体公司过去一直采用的 IDM 模式,但进入上世纪九十年代后,Fabless+Foundry 模式更适应世界半导体产业的发展,而日本未及时从传统的 IDM模式向轻型化进行转型。

031japan20170322 半导体企业经营模式发展历程

日本公司半导体企业产业链均较长,既包括了整机生产与设备生产,也涉及到了配套元器件、零部件的生产。 虽然这种模式具有生产配套优势, 满足客户多样化的需求开始成为竞争重点,半导体产业的专业化分工成为发展趋势,进入九十年代后,传统的 IDM 无法对客户需求进行快速反应,呈现出了竞争劣势。因此,中国半导体企业应充分借鉴日本年代经验,找到适宜的经营模式,跟随时代的发展及时进行彻底而有力地企业经营模式转型。

(来源:广发证券)

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