Недавнее заявление японского премьер-министра Санаэ Такаити о том, что кризис вокруг Тайваня позволит Японии реализовать право на самооборону, было расценено Китаем как вмешательство в его внутренние дела и вызвало ожидаемо резкую реакцию Поднебесной. Конфронтация между сторонами пока не спадает, так что применительно к тематике канала это повод задуматься, как такого рода конфликты потенциально могут сказаться на мировой электронике, и на микроэлектронике в частности.
Что и говорить, последствия могут быть самыми серьёзными, поскольку взаимозависимость сторон в вопросах высоких технологий чрезвычайно высока. И это при том, что и Япония, и Китай являются ключевыми мировыми игроками в этой отрасли. На минутку представим, что Япония прекратила поставки китайским заказчикам фоторезиста, светочувствительного материала, который используется в фотолитографических машинах для формирования трафаретов интегральных схем на полупроводниковых пластинах. По состоянию на сегодняшний день производство мало-мальски передовых микросхем в Китае попросту встало бы, причём в достаточно короткие сроки.
Ведь срок хранения этих химикатов обычно составляет от 6 до 12 месяцев, так что впрок ими особенно не запастись. «Большая четвёрка» японских производителей: JSR Corporation, Tokyo Ohka Kogyo (TOK), Shin-Etsu и Fujifilm контролируют около 70% мирового рынка фоторезиста для полупроводниковой промышленности. Ну а если речь идёт о наиболее «продвинутых» решениях вроде резистов для иммерсионных фотолитографов или литографов экстремального ультрафиолета, то доля японских передовиков и того выше. Некоторую конкуренцию японским производителям составляют разве что американский DuPont и немецкий BASF. Даже в такой развитой по части микроэлектроники стране, как Южная Корея, в области производства фоторезистов правят бал совместное предприятие японской TOK и местной Samsung C&T (компания TOK Advanced Materials), а также дочерняя компания ещё одного японского произодителя химии Sumitomo Chemical (компания Dongwoo Fine-Chem).
Неужели китайцы сами не производят столь важные материалы? Действительно, в стране немало производителей низкобюджетных полупроводниковых фоторезистов, материалов для производства дисплеев и печатных плат, но вот с передовыми фототорезистами для фотолитографов, работающих со световыми волнами глубокого ультрафиолета (248 и 193 нм) дела обстоят не очень. Конечно, такие фоторезисты в Китае разрабатываются, есть примеры опытного производства. Пожалуй, наиболее яркое событие — разработка первого в стране 193 нм (источник — эксимерный лазер на фториде аргона) фоторезиста компанией Jiangsu Nata Opto-electronic Material. Но в массовом выпуске микросхем китайские производители по-прежнему полагаются на японских поставщиков.
Фоторезист — штука чрезвычайно сложная. Чуть что не так — и рисунок интегральной схемы на полупроводниковой пластине будет сформирован некачественно, а это вызовет ошибки на последующих этапах травления и осаждения, а стало быть брак всего чипа. Японцы десятилетиями отрабатывали эти технологии, причём в сотрудничестве с производителями оборудования.
Ведь фоторезист нельзя просто взять и разработать в лаборатории: по сути это совместная разработка химиков и производителей соответствующих фотолитографов. Японские оптические гиганты, Nikon и Canon, десятилетиями производят фотолитографы (Canon ограничивается 248 нм KrF машинами, а вот Nikon выпускает и более передовые 193 нм ArF). Да и с доступом японских химиков к фотолитографам экстремального ультрафиолета (длина волны 13,5 нм) голландского монополиста ASML тоже никаких проблем нет. Более того, японцы активно сотрудничают с бельгийским профильным институтом IMEC, буквально напичканным всевозможным оборудованием для отработки подобных производственных задач. Да и к американким ресурсам доступ у японцев тоже имеется.
А что делать Китаю? Практически все пути-дороги к передовым западным технологиям компаниям и исследовательским институтам этой страны давно перекрыты. А своих собственных технологий и оборудования в Китае недостаточно. К тому же одними фоторезистами потребности в химикатах на полупроводниковых фабриках не ограничиваются. Практически все производственные этапы: травление, осаждение, проявка, очистка, — потребляют огромное количество специализированных жидкостей и газов, ведущие позиции в производстве которых занимают всё те же японцы.
С кремниевыми пластинами (подложками) ситуация для Китая выглядит куда как лучше. Такие компании как Shanghai Xinsheng Semiconductor Technology и Chongqing Super Silicon Semiconductor производят вполне передовые 300 мм кремниевые пластины. И всё же без мощного потока полупроводниковых подложек производства японских Shin-Etsu и Sumco, безусловных мировых лидеров, контролирующих около двух третей мирового рынка, китайской полупроводниковой промышленности пришлось бы несладко.
Полупроводниковый чип мало произвести — его нужно корпусировать. Китайская промышленность достигла в этом больших успехов, но опять же не без помощи японских поставщиков. К примеру, японской Ibiden, ведущего мирового производителя подложек для корпусов микросхем. Чем сложнее микросхема, тем больше шансов, что при её корпусировании использовались материалы и технологии японского передовика. Именно Ibiden является ведущим поставщиком подложек для графических процессоров искусственного интеллекта самой дорогой компании мира, американской Nvidia. Ну и в Китай японцы поставляют свои подложки просто в огромных количествах. На втором месте после Ibiden в области подложек для корпусирования держится Shinko Electric Industries, также японская компания.
При монтаже полупроводниковых кристаллов на подложку корпуса используются изоляционные материалы. Раньше на подложку попросту распыляли специальную краску, которая и выступала в качестве изолятора. Качество подобного покрытия нередко вызывало нарекания. Всё изменилось в 1999 году, когда японская компания Ajinomoto разработала уникальную изоляционную плёнку ABF (Ajinomoto Build-up Film). Её использование быстро стало фактическим отраслевым стандартом. На сегоднящний день Ajinomoto контролирует порядка 95% мирового рынка подобных плёнок. Впрочем, оставшиеся 5% приходятся на долю ещё одной японской компании, Sekisui Chemical. Так что зависимость китайских производителей микроэлектроники от сотрудничества с японцами по части упаковочных маткриалов действительно нешуточная.
Ну а как обстоят дела с производственным оборудованием? По этой части для Китая ситуация в случае серьёзного конфликта вырисовывается не намного лучше, чем с материалами. Ведь Япония является ведущим мировым поставщиком специализированного оборудования для полупроводниковых фабрик. Tokyo Electron и Screen поставляют широчайший спектр такого оборудования (исключая фотолитографы), Nikon и Canon, напротив, специализируются именно на фотолитографах, Advantest является мировым лидером по части тестировочного оборудования. Конечно, в Китае есть и свои производители: SMEE (фотолитографы), Naura и AMEC (широкий спектр оборудования), однако на данном этапе они не способны полностью заменить японских поставщиков.
С японцами по части оборудования на равных могут конкурировать разве что США (без фотолитографов). Впрочем, учитывая выраженную антикитайскую позицию всех американских администраций последнего времени, китайским фабрикам вряд ли стоит рассчитывать на американское оборудование как на альтернативу японскому.
А что с готовыми микросхемами? Япония занимает ведущие позиции в мире в производстве так называемых «зрелых» микросхем. Такие устройства не подходят для использования в ультрасовременных чипах искусственного интеллекта и «системах на кристалле» смартфонов, однако широко востребованы в автопроме, бытовой технике и промышленных изделиях самого разного профиля. Ведущие японские производители микросхем активно поставляют их на китайский рынок, а также имеют в этой стране серьёзные производственные мощности.
Один из крупнейших в мире производителей микросхем для автомобильной промышленности, японская компания Renesas, производит микроконтроллеры и другие полупроводниковые устройства на своей фабрике в Пекине. Другой передовик японской полупроводниковой промышленности, Rohm Semiconductor, имеет крупную фабрику в китайском городе Тяньцзинь. Rohm специализируется на выпуске силовых модулей для автопрома, в том числе на инновационном карбиде кремния.
Не будем забывать и о Sony. Эта легендарная компания контролирует более половины мирового рынка датчиков изображения для фотокамер. Так что китайские производители смартфонов: Xiaomi, Oppo, Vivo, — покупают эти микросхемы в огромных количествах. Помимо смартфонов фотоматрицы японского передовика широко востребованы китайскими производителями цифровых камер, автомобилей, камер видеонаблюдения и разнообразного промышленного оборудования. Надо сказать, что китайские компании и сами производят датчики изображения. Среди них можно выделить таких специалистов как GalaxyCore, SmartSens и OmniVision (американская компания, принадлежащая китайской Will Semiconductor). И всё же зависимость китайской электроники от поставок датчиков Sony весьма высока. Не говоря уже о том, что Sony изготавливает свои фотоматрицы на собственных фабриках, тогда как упомянутые китайские передовики ограничиваются только проектированием.
Разумеется, нельзя сказать, что имеет место односторонняя зависимость Китая от Японии в этом вопросе. Японцы по многим позицим также сильно зависят от доброй воли соседней страны. Взять хотя бы редкие и редкоземельные металлы, в производстве которых Китай является практически мировым доминантом. Такие редкие металлы как галлий и германий широко используются в производстве полупроводниковых чипов, ну а постоянные магниты на основе редкоземельного неодима, помимо использования в двигателях электромобилей, просто незаменимы в производстве микрофонов и наушников.
Не будем забывать, что ведущие компании японского автопрома построили в Китае целую сеть фабрик в рамках совместных предприятий с китайскими производителями. Это и Toyota Motor, и Mazda, и Nissan. К слову, именно эти предприятия в значительной степени и являются потребителями японской микроэлектроники. Здесь возникает вопрос: кого больше интересует ритмичная работа фабрик японского автопрома: Японию или Китай? Очевидно, что Японию. Китай уже давно стал вполне самостоятельной силой в мировом автопроме и способен таковой оставаться независимо от работы на своей территории японских фабрик.
Китайские производители оборудования для полупроводниковой промышленности также вполне успешно продают свою технику японским производителям микросхем. Чего только стоит AMEC (Advanced Micro-Fabrication Equipment Inc.). Этот ведущий в Китае производитель машин травления и осаждения вовсю поставляет свою технику на японский рынок. Конечно, объёмы поставок китайского оборудования несопоставимы с объёмами поставок японского, но этот пример всё равно показателен.
Чем в итоге закончится китайско-японский конфликт, сказать пока трудно. Но поскольку раньше или позже Китай начнёт решать «тайваньский вопрос», причём необязательно мирным способом, то перспективы в регионе, который сумел стать центром мировой микроэлектроники, вызывают всё больше вопросов. В этой ситуации нам в России совершенно необходимо возродить собственную комплексную полупроводниковую промышленность.
❗ Для знатоков и любителей микроэлектроники, полупроводниковой промышленности и фотолитографии: заходите в премиум-раздел канала «Фотолитограф».