日本半导体产业的行与不行

日本半导体产业在上世纪80年代到达顶峰后就在缓慢退步，但若简单认为日本半导体产业失败了，就是严重误解，今天日本半导体产业仍有非常有竞争力的企业和产品。

客观认识日本半导体产业的成败及其背后的原因，对正在大力发展半导体产业的中国，有非常强的参考价值。

日本半导体产业为何逐渐落后？

很多人认为，日本半导体产业在上世纪80年代后期超过了美国，这不是很准确。80年代日本在DRAM（动态随机存储器）领域超越了美国，并不是半导体产业整体超越了美国。

80年代，日本工业产品的质量稳定性和生产效率整体都赶上了欧美主要发达国家，这并不是半导体一个行业的现象。战后日本不断从美国和欧洲获得各种新技术，同时通过价格优势不断占领美国市场。1985年广场协议之前，日元汇率比较低，日本的劳动力成本也低于欧美，因此有价格优势。日本的企业管理特点也是其能赶超欧美的原因。从50年代起，日本企业就开始整体质量管理体系（TQC）。70年代，很多日本企业开展ND（No Defects，零次品）活动，打造零次品的生产体系。而美国一直是采取概率论方法，达到一定的合格率就可以。这背后是美国和日本的国民性格差异和文化差异。

上世纪90年代，日本半导体企业在全球的影响力缓慢下降。背后有三个主要的原因。一是美国的阻挠，其标志为1986年日美两国政府签订的“日美半导体协议”。这让日本政府无法继续大规模支持半导体产业，导致日本企业扩展速度放缓。二是90年代日本泡沫经济破灭，日本企业同时面临多重压力：日元大幅升值、日本国内市场饱和、企业盈利能力严重下降。这就造成日本半导体企业设备投资不足，持续研发的能力下降。三是周边国家和地区的崛起。90年代以前，半导体市场基本上是美国和日本在竞争。90年代以后，韩国和中国台湾地区也加入竞争。80年代半导体工业大发展，造成大部分的半导体制造技术装置化，之前几十年的技术积累凝结在了半导体制造设备中。韩国和中国台湾企业购入相关设备，就能具备良好赶超基础。

与此同时，日本企业也没有培育出EDA（Electronic Design Automation）企业。这和日本社会长期重制造业，轻视软件业有关，也和日本缺乏支持新兴企业的资本市场有关。80年代日本半导体产业如日中天的时候，日本各个大企业都是自己开发设计软件，并将其视为自己的竞争能力，不愿对外公开，这造成日本未能产生EDA企业。日本在工业设计软件、模拟软件、统计软件领域是如此，封门闭户各自单干，导致日本企业在工业软件领域一直落后美国和欧洲。

日本半导体材料仍然强大

芯片的生产过程中需要用到几十种原材料，有固体的，也有液态和气体的，日本企业在大部分芯片原材料中都有很强的存在感。

光刻胶领域：JSR、东京应用化工、信越化学工业、住友化学、富士胶片；电子级硅晶圆领域：信越化学工业、SUMCO；掩光罩领域：大日本印刷、凸版印刷、HOYA；半导体生产用特殊气体领域：大阳日酸、Air Water；化学药品相关企业：关东化学、Resonac（昭和电工收购日立化成之后更名）、大金工业、日本Zeon、住友精化、中央玻璃、岩谷产业、三井化学、关东电化工业、ADEKA；半导体生产用到的各种特殊化学药业领域：StellaFarma、住友化学、关东化学、日本化药、东京应化工业、三菱气体化学、三菱化学、大金工业、森田化学工业、德山；半导体生产用各种靶材领域：JX金属、高纯度化学研究所、Ulvac、三井金属矿业、东曹；高纯度水领域：栗田工业、Organo、野村精细科学；CMP研磨剂和研磨垫：富士胶片、富士见、Resonac、JSR、凸版印刷、富士纺；石英产品：AGC和东曹。

半导体材料在材料行业中属于技术壁垒非常高的领域。半导体材料对纯度的要求非常高，比如硅的纯度要求是11N，也就是99.999999999%。一个半导体工厂每天需要大量高纯度水用来做清洗。水的纯度要求也在6N以上。这种高纯度的水，不是每个国家都有能力制造。

日本半导体材料的强大有两个因素。一是70年代和80年代日本电子行业整体非常发达。当时各个行业的日本企业都面临开拓新业务的问题，很多企业都加入了半导体材料生产队伍。比如，大日本印刷公司是成立150年的印刷企业，它转用了印刷行业的制版技术进入到掩光罩领域，成为全球最大的掩光罩生产商。半导体材料的研发需要大量资金。日本企业普遍多元化经营交叉投入，弥补了日本资本市场不发达这个缺点。

另一个因素是精密化工材料行业的封闭性比其他行业更强。不仅日本半导体材料行业，其他国家的高科技材料行业也一样。生产设备都是开发企业自行设计和定制的，市场上没有标准工业品。这些公司很多时候特意不把自己的技术申请专利，而是黑箱化。后发国家除了研发之外很难模仿。

日本最大食品企业味之素公司的ABF是半导体生产中必须使用的材料。ABF是Ajinomoto Build-up Film的简称，即味之素堆积膜，用作CPU的绝缘材料，目前味之素独占这一市场。味之素中文就是味精，该公司已有100多年历史。上世纪70年代，味之素公司摸索着使用氨基酸生产中积累的技术，去开发一些新产品和新材料。1996年，味之素公司开始开发薄膜型绝缘体，四个月左右就成功了。但让半导体公司使用该材料花了三年左右时间，之后味之素公司一直独占该细分市场。味之素的护城河除了大量专利，还有大量生产工艺上的技术秘密，构成了高进入壁垒。

半导体材料的范围很广。比如在芯片生产过程中，转移晶圆需要用到一种电子吸盘，目前日本的株式会社NTK Ceratec公司是该细分市场的龙头。该公司是日本工业陶瓷领域的著名公司日本特殊陶业（NTK）的子公司。

日本半导体设备仍然强大

全世界半导体制造设备的企业排名，前15名一般是这样分布的：美国6家，日本6家，荷兰2家，韩国1家。日本的头部企业如下：东京电子、爱德万、尼康、SCREEN、迪斯科、国际电气、佳能，东京精密、Lasertec、TOWA，荏原、Ulvac。

此外，半导体工厂的搬运设备，日本企业也有很强的存在感，包括村田机械、大福、Rotze等；晶圆检查装置亦然，主要包括日立高科、Lasertec等；探针台领域亦然，主要是东京电子和东京精密两家企业。

日本的半导体制造设备行业70年代起步。80年代之前，半导体行业发展的主导权在美国，而且整体产业规模比较小，那时日本主要是进口美国的设备。东京电子一直是日本最大的半导体制造设备专业公司，该公司成立于1963年，2019年的销售收入为1.3万亿日元，其中半导体制造设备占91%，FPD（平面显示板）制造设备占9%。该公司最初就是进口美国半导体设备和产品，后来自己研制。过去50年，东京电子一直保持稳定增长。

东京电子是个比较特殊的例子。业内很多知名企业都是在70年代以后的半导体发展大潮中逐步跨入到半导体制造设备领域的。比如尼康和佳能进入到光刻机领域，是因为之前有光学技术和精密加工技术的积累。村田机械株式会社是位于京都的公司，成立于1935年，该公司最初生产纺织机械，该业务到现在也存在。60年代村田机械开始进军物流设备领域，1979年成功开发无人驾驶自动搬运车ROBO-FAMILY，1982年开发出重物品搬运机器人，1986年开发出无尘车间的空中搬运系统，进军无尘搬运领域。

SCREEN是具有百年历史的京都企业，该企业的源头是印刷制版。荏原（Ebara）是日本最大泵类生产企业。半导体制造的生产线需要大量的各种高端泵，荏原从泵（真空泵和液体泵等）进入到半导体行业，之后研发了CMP（化学机械抛光）设备，目前是全球第二的CMP设备企业。日立高科是日立集团的子公司。日本企业战后刻苦研发高端电子显微镜，后来日立和日本电子（JEOL）占据了全球主要市场。日立高科用电子显微镜占据的半导体检测的主要市场是自然结果。

日本的精密制造业整体都很强大，半导体设备制造业是其中一环。上世纪90年代以后，日本国用户逐步下降，但日本半导体制造设备公司依然保持了较强的竞争力。

原因有三：一是技术壁垒，制造高精度的复杂机械需要技术积累；二是持续的研发和产品升级。半导体行业在不断的发展和进步，这需要设备供应商同步提高。比如，东京电子的研发是提前4代开展的，基本上现在研发的都是十年后应用的设备；三是设备商和客户共进化。高端设备不是卖了就结束了，运维也非常重要。比如一台EUV光刻机，需要ASML常年派驻六名左右的工程师驻场维护。一台普通的光刻机，熟练掌握操作方法和技巧，也需要三个月以上的培训。设备制造企业和用户深度绑定，一旦形成合作关系，除非有特殊原因，这个关系很难被打破。

很多人有种错觉，我们只是光刻机不行，其他的很容易搞定。实际上半导体工厂需要上百种设备，不只是光刻机。比如真空泵和其他各种类型的泵，目前全球范围内由英国的爱德华（Edwards）和日本的荏原（Ebara）占据大部分市场份额。

这里介绍一个颇具日本特色的事例。大家都知道光刻机的硬件有三大组成部分：光源、镜头组和精密制动工作台。日本给光刻机提供光源的企业叫Gigaphoton，该公司是日本最大的工程机械公司小松制作所的全资子公司。该公司成立于2000年，之前是小松研究所的一部分。目前，Gigaphoton给2000台以上的光刻机提供光源系统。日本没有美国那样的发达资本市场，创新融资没有美国便捷。但日本也在不断开拓新领域，资金来源主要靠企业内部的交叉补贴。日本公司往往有多条业务线，盈利业务拿出一部分利润来支持基础研发和新产品研发。Gigaphoton就是典型。

小松制作所和Gigaphoton的例子在日本非常普遍。出光兴产是日本大型石油公司，主业是石油贸易。该公司在1985年开始研发OLED材料，历经磨难后在1999年推出产品。目前该公司和德国的BASF并列，是OLED最重要的原材料提供商。最近几年，出光公司在加力研究固态电池的电解质，相关专利数量在全世界名列前茅。

光刻机竞争中尼康为何会败给ASML？

80年代中期，尼康和佳能在光刻机领域崛起，打败了它们的美国老师。2002年，尼康的市场份额输给了荷兰ASML。此时双方基本上没有技术差距，尼康佳能合计的市场份额依然超过ASML。但2007年以后，双方的技术差距越来越大。如今ASML在最先进的EUV光刻机制造上一枝独秀。笔者认为以下几个因素比较重要。

第一是国际竞争态势。80年代，日本半导体产业发展迅速，80年代后期市场份额超过美国，美国后来胁迫日本签订日美半导体协定阻击日本半导体产业。日美半导体摩擦的间接结果是韩国、中国台湾和荷兰崛起。在光刻机市场，三星和台积电作为用户，当然期望有多种选择，这样自己才有议价权。2000年左右，英特尔、三星和台积电陆续成为ASML的股东，本质上构成战略合作联盟，而日本公司被排斥在外。

第二是尼康自身和日本国内环境的变化。尼康的原名是日本光学工业株式会社，成立于1917年，是当时的三菱财阀为了生产军用光学产品（光学测距仪和望远镜等）而成立的公司。1988年更名为株式会社Nikon。战后，尼康的主要收入来源是照相机。90年代以后，光刻机的收入超过照相机。

尼康进入光刻机领域是因为有光学镜头和精密机械（包括光波干涉仪等）的产业基础。1975年-1980年，日本通商产业省组织了“超LSI共同研究所”，开展半导体产品超精密加工基盘技术的共同研究。当时从富士通、日立制作所、三菱电机、日本电气和东芝公司抽调了上百名技术人员联合攻关。