1982年,日本成为全球最大的DRAM生产国,1985年,经过了23年的努力。日本第一次在市场占有率方面超越美国,成为全球最大半导体生产国,日本最高的时候DRAM坐拥全球80%市场。
日本半导体可以说在80年代达到鼎盛。无论是基础技术扎实的上游供应链(半导体材料、设备)、巨头丛生的芯片设计、制造环节还是面向消费市场的电子品牌,日本企业遍布整个产业链并拥有话语权。
然而美国却十分愤怒,堂堂一个小弟怎么能够在半导体领域比大哥混的好,于是对日本半导体行业进行打压,除了《广场协定》,还有两次《日美半导体保障协定》,没有自主权的日本只能屈辱接受。
除此之外,美国还扶持了韩国与日本竞争,当时在半导体行业发展程度还比较低的韩国企业在美国的扶持下迅速发展。
韩国政府也善于抓住机会,早在1986年10月,韩国政府开始执行《超大规模集成电路技术共同开发计划》,要求以政府为主、民间为辅,投资开发DRAM芯片核心基础技术。随后的三年内,这一研发项目共投入了1.1亿美元,而政府承担了其中的57%研发经费。
那个时候,三星电子首先向当时遇到资金问题的美光(Micron)公司购买64K DRAM技术,加工工艺则从日本夏普公司获得,此外,三星还取得了夏普“互补金属氧化物半导体工艺”的许可协议。
在此过程中,三星等韩国公司已逐渐熟悉渐进式工艺创新,加上这些公司逆向工程方面的长期经验,韩国的半导体产业进入了发展的快车道。
1996年的时候,日本半导体被彻底击败,而2012年,日本最后一家存储芯片企业尔必达也被美韩联手搞垮。除了半导体市场,韩国也取代了日本在液晶面板市场的地位,美国是全世界第一个发明液晶技术的国家,然而全世界把液晶技术的商用的国家却是日本。
可以说,韩国在协助美国对日本的产业报复上获利颇多,时至今日,韩国依然是半导体、液晶面板领域龙头。而在23年后,日本却对韩国进行了一次报复。虽然韩国是半导体行业的巨头,垄断了存储芯片市场。但是却没有和日本一样,做到半导体和液晶面板全产业链发展。日本在半导体和液晶面板的材料和设备领域依然具有一定的话语权。
所以2019年,日本断供韩国氟化氢(氢氟酸)、光刻胶、氟化聚酰三种材料,直接重创韩国,这三种材料都有一种特性成本低、难度高、极其关键。
与4000亿美元的半导体市场、1300亿美元的面板市场、600亿美元的印制电路板市场相比,这三种材料的空间不过几十亿美元,但是这三种材料却极其关键。
光刻胶是由感光树脂、增感剂(见光谱增感染料)和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。光刻胶用于微小图形的加工,生产工艺复杂,技术壁垒较高。我们要知道电路设计图首先通过激光写在光掩模版上,然后光源通过掩模版照射到附有光刻胶的硅片表面,引起曝光区域的光刻胶发生化学效应,再通过显影技术溶解去除曝光区域或未曝光区域,使掩模版上的电路图转移到光刻胶上,最后利用刻蚀技术将图形转移到硅片上。
光刻机如果缺少了光刻胶就是一堆废铁,而芯片中光刻工艺不能或缺。除了运用于光刻机,还广泛应用于发光二极管、微机电系统、太阳能光伏等。所以按应用领域分类,光刻胶除了半导体光刻胶之外,还有PCB光刻胶、LCD光刻胶及其他。作为产业最核心材料,每种光刻胶市场需求量很大。
光刻胶需要在分辨率、粘滞性黏度、敏感度、抗蚀性、表面张力、存储和传送等方面都有极细致的要求,具体数值精确至纳米级别,组成成分精确至分子,可见其难度之大。在光刻胶市场,全球前五大厂商占据了光刻胶市场87%的份额,行业集中度高。其中,日本合成橡胶(JSR)、东京应化(TOK)、住友化学、信越化学、美国罗门哈斯与富士电子材料市占率,所占市场份额超过87%。
由于面板或玻璃基板主要材质就是SiO2(二氧化硅),其中为了去除表面材料厚度,就是利用了氢氟酸与SiO2的化学反应。
其中氢氟酸的腐蚀性主要源于氟离子,氢氟酸中的氟离子的半径很小,甚至小于氧离子,这导致它有很强的渗透性,致密的氧化物也不能阻止它的渗透。主要化学反应方程式如下:
目前电子级氢氟酸主要运用在集成电路、太阳能光伏和液晶显示屏等领域,其中第一大应用市场是集成电路,约占电子级氢氟酸总消耗量的47.3%;其次是太阳能光伏领域,占比约22.1%。此外在液晶显示器领域,占比约18.3%。在韩国半导体行业生产中,氟化氢气体的纯度需要达到99.999%。
在全球高纯氢氟酸(氟化氢)市场中,日本企业居于绝对主导地位,瑞星化工、大金、森田化学三家日本企业合计市场份额超过93%。
氟聚酰亚胺是聚酰亚胺(简称PI)中的一种,聚酰亚胺作为一种特种工程材料,已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。
近来,各国都在将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入21世纪最有希望的工程塑料之一。聚酰亚胺,因其在性能和合成方面的突出特点,不论是作为结构材料或是作为功能性材料,其巨大的应用前景已经得到充分的认识,被称为是"解决问题的能手",并认为“没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术”。目前 ,聚酰亚胺在软性印刷路线板、电子元器件绝缘膜及涂层材料等方面的应用不断扩大 。
目前全球90%以上的氟化聚酰亚胺,来自日本供应商,如日本信越、JSR以及住友化学等企业。
可以说,日本的这三种材料直接卡死了韩国目前的龙头企业,韩国对日依赖度较高,因此出口限制带来的打击将非常大,2019年1-5月份,韩国半导体出口总值高达45.0294万亿韩元。
据韩国财经网站“MT”预计,日本限制对韩出口推定的韩日最大损失程度将会是5万亿,韩国中小企业团体前不久对269家半导体、液晶屏、通信设备和零部件等受日本出口限制影响明显的企业发起调查,发现近六成(59%)企业表示如果日本制裁长期化,那么很难坚持6个月以上。更关键的是,有46.8%的可能受影响企业并没有对策。
可以说日本此举直接是打蛇七寸,可以说仅凭3种材料,日本遏制韩国万亿企业。这充分说明了如果想要立于不败之地,必须掌握完整的产业链,而中国氟化氢(氢氟酸)、光刻胶、氟化聚酰三种材料都由生产,虽然在高端上并不是日本,但是却可以自给自足。
光刻胶,目前我国半导体光刻胶生产和研发企业主要有五家,分别为苏州瑞红(晶瑞股份子公司)、北京科华、南大光电、容大感光、强力新材、上海新阳。而其中南大光电研发的ArF光刻胶是目前仅次于EUV光刻胶以外难度最高,制程最先进的光刻胶,也是集成电路22nm、14nm乃至10nm、7nm制程的关键。一直是国内空白。研发此款光刻胶意在填补国内空白,实现芯片制造在关键工艺技术和材料技术的自主可控。
而高纯氢氟酸,在韩国被日本制裁之后,韩企只能求助中国,在2019前5个月,韩国企业进口的氟化氢中,以总价额计中国占比为46.3%,高于日本43.9%的市场份额,比如韩国企业就向中国滨化集团下了批量订单。早在2014年,2014年,多氟多投资13500万元,建设年产1万吨电子级氢氟酸项目,打破了中国对高品质电子级氢氟酸依赖进口的局面,同时也刺激了其他氟化工企业进军电子级氢氟酸领域。
而在氟化聚酰亚胺领域,目前国内有80家左右的生产企业,大部分企业的产品较为低端,国内高端聚酰亚胺薄膜产品主要依赖进口。由于多年的积累,我国聚酰亚胺薄膜企业逐渐在高端领域取得突破,如中科院化学所与深圳瑞华泰薄膜科技有限公司合作,掌握了具有自主产权的高性能PI膜制造技术。
可以说,中国目前在许多高精尖领域都在朝着全产业链发展,从而做到自给自足,不需要担心被别人卡脖子。如果韩国没有意识到这个问题,那么所谓的半导体龙头和液晶面板龙头的地位可以说很难坐稳,但是美国会允许韩国做到全产业链发展吗?
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