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日本半导体业转型简析

日期:2016年4月26日 17:53

九州岛是日本集半导体产业的重要生产基地。这是有其历史与环境因素的。早在1967 年,日本三菱电机便在熊本县开始组建半导体的生产体系,而且这离1959 TI 发表IC  集成电路的专利才不到几年,接下来ToshibaNEC 也相继进入在当地建设半导体厂,让日本九州几乎成了日本的半导体中心。

地理环境、政策造就日本硅谷

日本半导体产业会大量的在九州设厂不外乎有几个重要因素,首先半导体的生产需仰赖大量的水与电力,九州的电力供给系统刚好可以满足所需外,阿苏山周边也有丰富的山泉水,可做为半导体硅晶片洗净的的原水。

当时九州全岛期有五个机场,让小体积抢时效的集成电路零组件得以快速的运送出去,不用透过效率相对较低的铁路或船来运输,九州当时有充沛的女性劳动人口,也可以满足半导体生产所需的人力,优惠政策推动,让半体体生产在九州有着一定的成本优势,自然也让积极发展电子产业的日本厂商在此设立生产基地。

1980 年代初期,九州岛生产的IC 几乎占有了全日本近40% 的比例,到2015 年也仍保持在30%  上下,也让许多城市与电子产业有着密切的关系,因为他们习惯以一个地方城市为中心,在机场附近形成几个团状的工业群体。不过九州的半导体工业以生产与组装为主,设计、开发的单位则多落在东京、大阪与神户,这与美国硅谷或新竹科学园区的运作方式有些不同。

在日本九州岛,生产半导体的企业在1990 年约有200 家,2000 年更达到400 多家,2005 年企业数更激增至650 家,其中70%  是中小企业,不过到2012  年已下滑到209家,虽然数量减少,但许多知名的日本企业,如Sony、富士通、瑞萨、三菱、丰田、本田、日产等大厂都在当地设有生产基地,这些厂商基本上都是供给相关领域的顶尖芯片。其中包办全球CMOS 影像感测器(CIS)四成产能的Sony

索尼熊本科技中心的生产线使用了300毫米晶圆,而且该工厂也是索尼图形传感器的主要生产基地。野村证券认为,索尼熊本工厂制造的图形传感器主要被用于数码相机和视频摄像头。该工厂目前也在为苹果iPhone供应图像传感器。智能手机的图像传感器的主要供应商屈指可数,而索尼无疑是其中的先锋。

2010年,索尼的图像传感器业务刚刚起步,市场份额仅为7%,排行老六。2011年,暴增至15%的份额。2012年,增长持续迅猛达到了21.4%,稳稳地坐上了第三把交椅。而在2013年,索尼在中国市场大获成功,其中13M约有70%的占有率,8M也有约3成的份额。到2014年底,索尼已经占据了近40%的份额,其老大地位已经无人撼动。

2012年索尼在图像传感器技术上实现了一次飞跃,也就是推出了所谓的堆叠式图像传感器。该技术能够将两颗芯片堆叠在一起,每颗芯片只有一小片指甲的大小。一颗芯片捕捉图像像素,另一颗则包含传感器的电路。两颗芯片的叠加有助于智能机制造商生产出比此前设备更薄的机型。之前,手机使用的图像传感器将两颗芯片放在同一个层面上。

据了解,当时其竞争对手三星和豪威科技都还不能量产叠式图像传感器,当时的索尼是唯一一家在图像传感器上能够满足高端智能机制造商需求的公司。从技术上创新,领先别人一个世代,然后持之以恒的用好的产品征服客户,索尼利用深厚的技术优势切入了传感器领域。并在短短的几年内取得了领先优势。索尼是苹果和三星的供应商。是有苹果庞大的出货量背书,SONY在图像传感器领域更是如鱼得水。

根据Yole Developpement发布的CMOS图像传感器市场数据调查报告, 随着CMOS图像传感器在手机和汽车领域的广泛应用,预计从2014年到2020年,CMOS图像传感器产业将以10.6%的年均复合增长率增长,在2020CMOS图像传感器的市场价值将达到162亿美元。而在CMOS图像传感器在智能手机领域占据了大部分的市场份额。

瑞萨电子位于熊本县制造工厂的生产线主要使用8英寸晶圆,该工厂也是瑞萨电子微控制器的主要生产基地,瑞萨电子在该工厂生产的产品包括汽车微控制器、多用途微控制器,以及小批量生产逻辑装置。瑞萨在汽车领域,也是仅有的几个大供应商之一。

瑞萨电子官方提供的资料,其2011年度共亏损了568亿日元,2012年的财报同样惨淡,年亏损达到了232亿日元,尽管连续两年亏损,瑞萨却一直占据了汽车半导体市场霸主的位置。如今的瑞萨,年利润超过了1000亿日元,在汽车电子领域的地位无人能撼。

瑞萨电子只有汽车领域和通用电子领域两大业务部门。瑞萨电子大中国区董事长兼总经理中丸宏介绍,瑞萨MCU2014年的市场份额为23%,是全球第一的MCU供应商。MCUR-Car系列SoC的总出货量分别为8.86亿和1.4亿颗,在瑞萨的客户里面,平均每辆车就有10颗瑞萨MCU瑞萨电子应用技术中心汽车电子部经理赵坤如此形容。根据市场调查机构Gartner的资料,在规模300亿美元的车用芯片市场上,瑞萨电子市占率为10.5%

三菱电机的熊本工厂是该公司功率半导体元件前端制造的主要基地,还主要负责IGBT模块的生产。三菱电机福冈工厂负责功率半导体元件的后端制造,以及碳化硅晶圆的加工。三菱电机的功率半导体元件被应用于汽车、工业设备、消费电子产品、电器铁路和基础设施等诸多的领域,而且该公司也是全球IGBT模块的主要厂商之一。

IGBT功率半导体是业界公认的,发展最迅速的新型功率器件,在能源、轨道交通、工业电子与汽车电子中扮演着关键角色,这些领域对于可靠性要求非常高。

IGBT商业化应用以来,作为新型功率半导体器件的主型器件,IGBT1—100kHz的频率应用范围内占据重要地位,其电压范围为600V—6500V,电流范围为1A—3600A。以轨道交通应用为例,轨道交通会采用IGBT做牵引变流器,这些牵引变流器的性能将决定轨交列车跑得快不快、速度是否均匀、刹车是否可靠,轨道交通的快速发展,对于IGBT技术的发展起到了极大的促进作用。

2014 年我国IGBT市场规模达到了70.3亿元,同比增长14.2%。目前我国市场需求的IGBT新型电力电子器件90%主要依赖进口,国内市场主要被欧美、日本企业所垄断。英飞凌、三菱、FUJI、赛米控、ABB是国内IGBT市场销售额排名前五的企业,市场份额总额超过了50%。到了2015年,IGBT市场大约48亿美元,其中模块占大约40亿,分离型占8亿。模块市场三菱市场占有率26%,英飞凌大约22%,富士电机占12%。三菱电机是全球前4大功率半导体,全球市占率高达24%,在工业尤其是机车领域市场占有率超过50%。而在空调领域,基本上也是用的三菱。

中国IGBT较为落后,目前国内技术能力最强的是上海先进(ASMC),IGBT的晶圆源头90%来自ASMC,其技术主要是平面型、PTNPT,先进的沟槽型和FS型较差。

移动设备、汽车和新能源三大领域,无疑是未来的发展重点,尤其是后两者,必然是发展的重中之重,纵使前者的重要领域移动设备增长缓慢甚至下落,但是总体的需求增加,加上物联网和无人机等多类型的应用在将来势必会爆发性增长,那就必然接过移动设备的棒。这就让日本在下一波浪潮中找到了站稳脚跟的根本。

日本电子帝国由四道防线构成:第一道是消费类产品;第二道是IC元器件产业;第三道是精密制造设备产业;第四道是材料相关技术。日本企业完全退出消费者的制造板块,仍然可以通过像手机零部件,家电的面板、芯片、电机这样的面向企业客户的产品,以关键供应商的角色参与到全球制造业环节中,并维持日本电子业的实力。

松下从家电DNA,扩展至汽车电子、住宅能源、商务解决方案等领域;夏普将转向健康医疗、机器人、智能住宅、汽车、食品、水、空气安全领域和教育产业;索尼复兴电子业务的计划遭遇挫折,电子领域今后将强化手机摄像头等核心部件。

在日本原有产业体系受到国内老龄化和国外低成本的冲击,日本的创新方向发生了巨大变化。

首先是医疗领域。索尼虽然复又亏损,但参股奥林巴斯后,双方联合研发医疗内窥镜,已在该领域占据全球80%~90%的市场份额;日立的核电业务有一种叫阳子技术,可精准地控制距离,对准人身上的癌细胞来照,不会伤害正常的细胞;京都大学有一位中村教授,前几年因干细胞的研究,而获得诺贝尔奖,凭一个细胞就可复制出健康的心、肝等器官。

其次是创能、蓄能领域。风靡一时的特斯拉电动汽车,电池是由松下提供的,松下还与特斯拉合资在北美建设一座生产电动汽车电池的超级工厂;松下、三菱等还在研发氢燃料电池,今后一旦石油供应不足,日本的创能、蓄能技术将在全世界发挥举足轻重的作用;三菱电机发明了可涂沫式电池,将一种新材料涂到墙上,墙就可发电,涂到汽车上,汽车就可以发电,那么今后人身上穿的衣服也可以发电,多余的电可以并入电网。

机器人也是日本着力打造的新兴领域。安川电机原来是马达、发动机的生产商,现在已成为全球四大机器人企业之一。据陈言介绍,安川已经发明了一种可穿在身上的服务机器人,比如,原来一个人只能抱起30~40公斤的东西,穿上后就可以有70~80公斤的抱力,能够轻易地搬抬家中的老人;登山腿不够力,脚穿上这种设备,机器人就会帮助你登山。

日本公司已从家电业摆脱出来,在医疗、能源、机器人领域实现突破,为下一步的盈利打下基础。日本企业研究专家陈言分析:一是日本已经完成资本积累;二是有学术积累,日本发现了问题,找全世界的高手来帮忙解决;三是企业经营管理经验的积累。

电子业:为创造未来而投资

日立、东芝是较早向B2B(商用)领域转型的日本电子巨头,它们向智能电网、电梯等基础设备等领域转型,业绩平稳增长。松下近年从B2CB2B转型的力度也很大,已经扭亏为盈。去年,松下的汽车电子、住宅相关业务成长迅速,家电业务的收入贡献只占23%

如今,日本企业依然在核心零部件、上游化学材料方面保持优势。夏普、JDIJapan  Display)的液晶面板,松下的锂离子电池,索尼的摄像头,旭硝子的面板玻璃……许多明星零配件,隐藏在智能手机、超大屏幕电视、平板电脑、电动汽车等产品里。

中国制造商多数采购日本高端零部件,产品线涵盖范围广泛,从显示屏到WiFi模块,再到微小的储能电容陶瓷等不一而足。靠核心零部件赚钱保留火种后,下一步日本电子业将为创造未来而投资。

为了扩大汽车电池和能源业务,松下2014财年(截至2015331日)将投资1090亿日元,包括在北美与特斯拉合建电动汽车电池的超级工厂,第一批产品预计在2017年下线。

索尼宣布将投资350亿日元,提升积层型CMOS影像传感器产能,将索尼的影像传感器生产能力由目前每月60000片晶元提升至68000片晶元,增强对智能手机、平板电脑等移动终端的部件供给。10月,索尼又推出用于车载摄像头的影像传感器,将积极拓展车载市场,新产品计划于201512月量产。

避开终端市场竞争激烈的红海,扩展上游高附加值核心部件的蓝海,日本电子业正在从亏损的泥潭中抽脱出来,积累资本为未来而投资。按松下的中期规划,2015财年(截至2016331日)运营利润率要达到5%,经营现金流要达到6000亿日元,之后可以为未来进行大力的投资。

技术储备已经在推进。松下电器社长津贺一宏称,为了解决环境问题,预计各国在氢气、水、空气三个领域的投资,到2030年达到100兆日元的规模,松下已展开相关课题。第一个是氢能源利用技术,现在,安全并且高效的氢气贮存、释放器件的开发正在进行。如果能够实现,氢能源将用作汽车燃料,这会有助于加速普及所谓的终极环保型汽车’”

第二个是跟安全饮用水生产相关的技术。现在正在开发的是将地下水的有害物质用太阳光净化的技术。一旦实现,将能够降低安全饮用水的生产成本。第三个是有关柴油机废气净化的技术。柴油汽车传统的净化触媒需要使用贵金属,而松下开发了不用贵金属的新触媒,新触媒既成本低,又有效削减PM2.5

除了向B2B领域转型,日本电子企业的文化正从封闭走向开放、合作。从夏普引入三星、鸿海、高通的战略投资,到松下与特斯拉合作,再到索尼音乐也向苹果iTune平台开放。松下将于2015年废除员工序列制,而夏普也在改革激励机制,激活百岁的机体。

机器人应用:从产业到服务

日本的机器人也越来越多地活跃在中国工厂的生产线上。据了解,日本在全球产业机器人市场中所占份额已经超过50%。如今,日本机器人产业已从工业机器人,向服务机器人扩展,以适应老龄化社会的需求。

日本安川电机是全球四大机器人企业之一。主要机器人产品包括焊接、点焊、喷涂、组装等各种工业机器人,尤其在汽车、电机和半导体相关行业。安川拥有机器人伺服器等核心技术,2013财年的累计出货量达29万台。

除了日本总部,安川还在泰国曼谷、中国成都设立了海外中心,提供本土化服务。除了工业机器人,安川电机还在发展用于医院等领域的服务机器人,并从日本扩展到欧美市场。

当前,日本1.27亿人口中,每4个人就有1个是65岁以上老人。养老看护需求迅速扩大。在这种严重老龄化的情况下,仅靠人力完成看护工作既不可能亦不经济。为此,日本打算将机器人技术广泛应用于养老,一方面解决市场需求,另一方面培育先进的家用机器人产业。

例如,运用机械外骨骼技术,可以研发出病人和老年人穿戴的机械外衣,用以辅助病人和虚弱老人行走活动;运用人工智能和动力设备改造老人常用的购物小车,可以使购物车能够自行伴随老人活动,甚至辅助老人行走;家中的看护机器人还可以通过视频监控、智能识别和分析系统,判断出老人是否跌倒摔伤或突犯疾病,并且立即通知医护人员。要实现这些功能,不仅需要先进的技术,还需要大量医疗看护经验和数据的积累。

同时,这期间研发的技术除了用于家庭,也同样可以用于产业机器人甚至其他方面。例如,机械组成的外骨骼不仅可以帮助虚弱的老年人恢复活动能力,也可以成为打造未来战士、使士兵力量倍增的工具;而对人体行动的识别、判断和分析,则显然具有广泛的产业和军事潜力。

日本原本在机器人领域就有较好的产业基础,根据日本政府统计,截至2011年,日本的产业机器人在国际市场的份额在50%~57%之间(根据不同计算标准有所区别)。目前,家用机器人尚未形成有效的国际市场,但随着技术进步,消费级的机器人总有一天会走入人们家庭。

日本在此领域的先发投入,有望带来超额回报。半导体这些领域需要的是长久的积累,日美欧等国家已经完成了前期的技术积累,而对整个世界的影响更是巨大。中国需要一步a一个脚印走好,才能在未来最近别人,并在新兴的领域做好布局。寄望弯道超车。当年的韩国和日本,也是从产业转型中获得契机。相信这也是中国半导体崛起的突破点。

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