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... 誕生於1950年代初，一向衷情於IDM模式的日本半導體行業如今擁有30多家擁有晶圓廠的公司。這些晶圓廠里具有很多採用傳統技術的200毫米及更小的晶圓生產線，這些生產了全球大部分半導體產品的晶圓廠，是日本晶片產業的氧氣。而由於日本晶圓廠舊產能逐漸失去利用價值、市場萎縮等諸多原因，據IC insights指出，自2009年以來全球已關閉或改建的晶圓廠有100座，其中日本關閉了36座，這比任何其他國家/地區都多。未來隨著越來越多的晶圓廠對輕Fabs和Fabless的追逐，可能將會有更多的晶圓廠被關閉，那麼日本晶圓廠的出路在何方呢？ 那些被關閉的日本晶圓廠 據了解，早在2001年9月，東芝就關閉了其位於四日市工廠的1號生產線（Fab.1）。主要原因是面對手機和個人計算機的需求減弱導致存儲器產品需求萎縮的情況，以此來調整內存生產。四日市Fab.1此前貢獻了大約一半的輸出，每月生產約7萬片8英寸晶圓，主要用於DRAM，還用於0.4微米工藝SRAM。 2011年，飛思卡爾原本定於12月底關閉日本仙臺工廠，但當年3月份的一場地震，加速了這一進程。3月11日，日本沿海仙臺附近的9.0級地震對飛思卡爾的設施造成了廣泛的設備和基礎設施破壞。持續的安全隱患，對該地區基礎設施和其他基本服務的破壞，再加上許多重大餘震，使飛思卡爾無法在合理的時間內將設施恢復到晶圓廠生產所需的運營水平。 2012年6月，安森美半導體關閉了其位於日本會津的晶圓製造廠。安森美半導體表示，關閉工廠是該公司提高運營效率的整體動力的一部分，會津工廠及其敬業的員工對公司而言是寶貴的資產，可以生產出高質量的產品。但是，六英寸的會津工廠是我們規模較小的晶圓製造工廠之一，該部門生產的產品可以在其他工廠生產。 也是在2012年，聯電於當年8月董事會投票決定關閉該公司在日本的200mm 晶圓廠，以期在艱困的宏觀經濟環境和客戶需求下降環境中努力撙節成本。該日本晶圓廠月產能約20,000片200mm晶圓，截至2012年6月30日，其總資產為168億日圓(約2.122億美元)，負債約28億日圓(約3,440萬美元)。 2014年9月，瑞薩將其所擁有的鶴岡工廠（半導體前工序12英寸晶圓生產線）的半導體製造設施及設備等轉讓給索尼，轉讓原因是瑞薩正在推進在日本國內的生產基地的重組。在前工序生產基地方面，瑞薩集團將繼續維持並強化最具優勢的快閃記憶體微控制器、低功耗等高品質技術，同時，以生產效率及性價比為基準，推進縮小或精簡化生產。後來索尼利用該工廠來製造圖像傳感器。 2014年，松下半導體公司用於生產光電器件的75mm晶圓GaAs晶圓廠關閉。 2018年瑞薩關閉了位於日本高知市Konan的一家工廠，該工廠生產模擬，邏輯和一些較舊的微組件設備。山口工廠生產用於工業機械的商品級微控制器。使用更大的晶片生產更多半導體的生產線，使其六英寸的矽晶片生產效率低下。瑞薩電子打算將生產轉移到使用8英寸或更大英寸晶圓的工廠。 瑞薩還關閉了在日本滋賀縣大津市的第二家工廠的一條生產線。另一條生產雷射二極體和其他化合物半導體的生產線將繼續運行。 衷情於IDM，是否阻礙了日本向無晶圓廠和代工廠過渡？ 日本作為半導體產業大國，為何沒有像三星、臺積電和英特爾這樣的代工廠？可能不是技術的問題，而是經濟和商業意識等的影響。 要知道，保守的日本企業一直衷情於IDM模式，總想把自己珍視的業務握在自己手裡，他們也嚴重依賴自有的ASIC、ASSP和相關產品，而這些產品不容易在代工廠商複製。再者由於IP問題，它們並不能完全相信矽片代工企業。例如生產DRAM或Flash等定義明確的硬體產品的專用製造廠符合日本商業的敏感性，優勢和習慣。 彼時諸多歐美大型IDM廠商，如當時的飛思卡爾、恩智浦半導體、意法半導體和德州儀器，早已經轉向了輕晶圓廠模式，並與代工廠合作，以降低研發與生產成本。但日本似乎沒有為無晶圓廠半導體產業的興起做好準備。日本許多邏輯處理器行業的壟斷供應商性質阻止了無晶圓廠過渡的發生。沒有完成向無晶圓廠模式的轉變，使得日本也沒有那麼大的代工需求，這就限制了他們開廠的動力。 而那些IDM廠商也面臨極大的壓力，日本的許多電子巨頭擁有驚人的龐大產品組合，它們涉足手機、顯示器、IC、電視甚至還有核電廠。公司業務太多，使得他們分身乏術，難以專精一個行業。近20年來，日本實際上一直處於嚴重的經濟蕭條中，在過去的幾年中，隨著新流程的開發成本過高，日本沒有人能負擔開發高級邏輯流程的費用。久而久之，一些老舊晶圓廠的工藝就跟不上潮流，不得不面臨淘汰的風險。 在存儲領域，隨著爾必達DRAM戰敗後，現在，東芝是日本唯一的主要領先的晶圓廠擁有者。作為NAND快閃記憶體的發明者，他們很幸運能夠在過去的十年里，藉助NAND快閃記憶體市場的巨大增長，繼續留在快閃記憶體行業，如今東芝仍然運營多家NAND快閃記憶體晶圓廠。不過，東芝這個大帝國也開始走下坡路了。 而反觀美國，英特爾帶頭引領PC行業，這使它得以在邏輯流程開發方面進行大量投資，從而使其在當今該領域處於無與倫比的領導地位。 但是，毋庸置疑的是，日本的IC產已開始在向「輕晶圓廠」的模式發展，他們正在走輕工廠之路。 還會有更多的晶圓廠關閉？ 其實2011年的日本地震就揭示了日本老化的半導體產業，日本在製造半導體組件方面不再處於領導地位。由於半導體產業持續傳出整併案，而且新建晶圓廠的成本高，製程設備的價格也是愈來愈貴，導致生產成本高漲，景況不佳的日本半導體廠商們終於覺醒並開始面對一個現實──擁抱輕晶圓廠 (fab-lite)或直接轉型為無晶圓廠（fabless）IC 設計公司的策略將會是他們存活的最佳希望。但很大的問題是：誰會想收購一座舊晶圓廠？ 答案恐怕是寥寥無幾。要知道許多日本關閉的晶圓廠都是採用舊製程，ICinsights也指出，許多已關閉的晶圓廠已經使用了數十年，並且已經超出了其有用的用途。 當然也有一些晶圓廠被收購了，例如在2010年，德州儀器購買了SJL位於日本會津若松的兩家晶圓廠和製造設備。包括一個目前正在運營的200mm晶圓廠，另外還有一家規模相同的200mm或300mm生產的非運營晶圓廠。 富士通可謂是擁抱無晶圓廠的重點案例。據wikichip報導，自2011年以來，富士通半導體（FSL）已開始將其領先的製造業務外包給聯電。2014年，公司進行了重大重組，包括將其在日本三重市和會津若松市的製造工廠拆分為兩家獨立公司。AIZU富士通半導體（AFSL）接管了150mm和200mm晶圓廠，而Mie Fujitsu Semiconductor（MIFS）接管了其先進的300mm Mie晶圓廠。 ... 成立於1984年的Mie晶圓廠用於製造富士通的先進晶片，工藝範圍可擴展至90nm和65 / 55nm節點。2015年，富士通與聯電建立了合作夥伴關係。根據新的合資協議，MIFS已升級為UMC許可的40nm工藝。作為回報，聯電獲得了該子公司15.9％的股份。到2018年6月，聯電又收購了MIFS的所有剩餘的84.1％股份，使MIFS成為其全資子公司。 至於其200mm晶圓廠，2014年，安森美對富士通會津200mm晶圓廠進行了10％的投資，並於2018年4月將其增加到40％。安森美已在晶圓廠提高產量，並計劃在2020年上半年獲得100％的所有權。 隨著富士通逐漸地將非核心資產戰略的剝離。富士通半導體現在或多或少完全沒有晶圓廠。 除了富士通，松下半導體在輕裝上陣的路上甚至將整個半導體業務變賣。松下於1957年開始從事半導體業務，隨著本世紀初行業競爭的加劇，該公司採取了輕資產戰略，並開始逐漸退出半導體的開發和製造。2014年，該公司將其晶片製造資產（包括一個300毫米晶圓廠和兩個200毫米晶圓廠）的51％股權出售給了TowerJazz，然後松下將其組裝/測試設施出售給了UTAC。最後，該公司將高級SoC 的生產外包給了Intel Custom Foundry，這標誌著它們已退出了領先的工藝技術的開發。 2019年11月，松下並將其所有半導體相關資產出售給臺灣華碩電子的全資子公司新唐科技，作為業務交易的結果，新唐將擁有四個半導體製造設施：一個300毫米晶圓廠和三個200毫米晶圓廠。交易完成後，松下唯一擁有的半導體相關財產將是其在Socionext 20％的股份。此外，松下還宣布將關停自己的LCD生產線，於2021年正式退出LCD生產。 除了少部分還有利用價值的晶圓廠之外，讓它們下線並消失可以說是比較好的做法。我們都知道，建一座晶圓的成本很大，但是要關閉一座晶圓廠的成本也不小，那些費心建造的廠房和老舊設備都需要花錢僱人來拆毀。所以如果能最大化利用也不失為一個好的結局。 頗為戲劇的是，據electronicsweekly報導，日本半導體產業的萎縮導致廢棄晶圓廠發現了一些創造性的新用途。他們在一些老工廠中已經引入了種植蔬菜，特別是生菜的工廠。 而恩山工廠（Enzan）公司總裁松坂弘已將公司的半導體工廠轉變為釀酒業，該酒廠位於日本的釀酒區山岸。Enzan工廠的業務內容主要包括矽晶片的切槽、各種化合物晶片的切槽、 晶片的製造和銷售等等。松坂同時決定接管他父母的葡萄園，因為他決定將恩贊的半導體生產外包給越南。現在，舊的潔凈室用於在無菌環境中發酵，裝瓶和儲存。 ... 恩山工廠已變成釀酒廠 據報導，瑞薩正在通過暫時關閉一些前端和後端晶圓廠來朝著輕晶圓廠業務模式發展。瑞薩半導體目前在日本有六個半導體前端生產工廠（中產，Kawashiri，Saijo，高崎，滋賀和山口），有3家後端半導體工廠。其臺灣OSAT合作夥伴包括ASE，Ardentec，Greatek Electronics和KYEC有望獲得更多的外包訂單。 由此來看，未來幾年會有更多晶圓廠關閉，訂單將會由晶圓代工廠接手。 日本晶圓廠最後的希望 日本雖然這幾年半導體在某些領域走下坡路，但畢竟有先發優勢。隨著CMOS需求的旺盛以及功率器件和第三代半導體的發展，日本在這些產業鏈中仍占有重要的一席之地。可能這將是日本晶圓廠開廠的一大動力。 智慧型手機使用多個攝像頭已是大勢所趨，越來越多的設備將獲得計算機視覺支持，那裡也需要更多的傳感器。據了解，CMOS攝像頭傳感器的領先供應商索尼在去年11月份透露，計劃投資數十億美元（PDF，page 152）進行晶圓廠升級，還將在其長崎技術中心建立一個新的半導體工廠以提高其CMOS傳感器的產量。值得注意的是，索尼的半導體部門（現稱為I＆SS）已經12年沒有在全新的生產設施上進行任何投資。 在整個功率器件領域，IGBT及MOSFET市場相對集中，主要由美歐日掌控。在IGBT功率器件領域，德國英飛凌及賽米控(semikron)，日本三菱及富士電機，美國仙童半導體基本把控了全球 IGBT 市場；在MOSFET領域，有日本瑞薩電子和東芝也占據重要地位；在較分散的二極體市場格局中，日本羅姆也不可小覷。 在第三代半導體材料產業鏈中，日本的羅姆在SiC領域從襯底到外延到最後的器件，還保持著強大的IDM模式；IDM 獨立設計生產供應商住友電工又是GaN行業的龍頭企業；日本JSR合成橡膠、東京應化、住友化學、富士電子Fujifilm、信越化學等廠商牢牢把握著光刻膠市場；在全球濕電子化學的格局中，日本也占據30%的市場。 日本還有很多材料領域的龍頭企業，封裝基板龍頭日本揖斐電 IC封裝基板CavityBGA、FCPGA上占全球 40%的份額；靶材龍頭日本日礦金屬，其生產的濺射靶材主要用於大規模集成電路、平板顯示和相變光碟；光刻膠龍頭日本JSR合成橡膠從1977 年就進入半導體光刻膠業務。 也許在CMOS、第三代半導體和功率器件這些市場，日本還會保留著更強的競爭力和更多的晶圓廠建廠需求。 另外就是，Gartner在2019年7月的semicon WEST期間，Gartner指出，隨著物聯網革命的道路，日本可能是物聯網晶片的理想生產基地。鮮為人知的事實是日本是全球最大的晶圓廠產能的地區，包括LED，分立和光器件晶圓廠。可能在300mm晶圓產能方面，韓國和臺灣領先於日本，而在200mm晶圓產能方面，日本領先其他地區。更值得注意的是，日本由模擬，分離器件，代工廠，邏輯和MEMS生產線組成的容量的高產品組合。憑藉龐大的工廠產能和產品組合的多樣性，隨著對傳統技術和高產量小批量生產的需求不斷增加，日本將成為物聯網時代機遇無限的地區。 ... 2014年全球200 mm晶圓廠產能（圖源：Gartner） 在物聯網時代，日本供應商的強大市場地位也將對該地區有利。日本公司為全球半導體製造提供35％的設備和50％以上的材料。巨大的裝機容量和強大的供應鏈相結合，可以幫助日本成為物聯網晶片製造地區。 再者，就是近幾年興起的小批量半導體生產的新趨勢「最小晶圓廠（Minimal Fab）」引起了人們的注意。最小的晶圓廠的概念誕生於日本茨城縣筑波市的國家先進工業科學技術研究院（AIST），由日本科學家Shiro Hara提出。他希望利用自己的小型晶圓廠，大幅降低小型晶片系列的成本，所需的投資也會很小。最小晶圓廠可以使用直徑僅為12.5mm或0.5英寸的小晶片製造半導體。 我們知道，傳統晶圓廠通常需要數十億美元的投資，而只有少數具有高資本投資潛力的公司才能提供這些投資。但這些最小的晶圓廠單位僅需0.1至100萬美元的安裝費用，也可以實現相同的功能。而且，傳統的IC晶圓廠需要幾個月的時間才能建立。相反，最少的晶圓廠可以在幾天內啟動並運行。 最小的晶圓廠不需要潔凈室環境。取而代之的是，將晶片放置在固定的，無塵室狀的容器中（稱為「梭子」），然後將其裝載到處理站上。而且它用無掩模曝光技術，這意味著可以避免傳統的光掩模準備時間（通常需要數月）和昂貴的價格。交貨期也可以從通常的幾個月縮短到幾天。 ... 數百萬歐元的投資足以在規模較大的辦公室中生產自己的IC（圖源：bits-chips） 據日經新聞社的報導，2016年，東京半導體的初創公司NEITAS使用「最小晶圓廠」在20小時內成功製造出了半導體元件，而這僅是通常所需時間的一小部分。據bits-chips報導，荷蘭Semicon生態系統已經引入最小晶圓廠，荷蘭也迫切需要靈活、快速和低成本的方式來生產數量少的晶片。 科學家Stan認為最小晶圓廠有很大的成功機會，但在此早期階段，仍然存在重大挑戰。其最薄弱的地方在於，目前的工具不能在每個晶片上生產超過100-150個電晶體。而一個簡單有市場的應用程式，比如一個簡單的物聯網控制器，都要使用幾千個電晶體。 總而言之，最小的晶圓廠技術還是為快速開發應用提供了亮點。如果該最小晶圓廠取得突破，那麼作為發起者的日本將占有強勢地位。 *免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點讚同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。 今天是《半導體行業觀察》為您分享的第2269期內容，歡迎關注。 ★3nm成為下一個關鍵戰場 ★臺灣和大陸上演「絕代雙驕」 ★半導體設備廠最新排名，美日絕對壟斷 存儲｜傳感器｜IGBT｜ARM｜FPGA｜中興｜蘋果｜半導體股價｜IP

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