世界十大最顶尖的电子工业强国
电子工业是制造电子设备、电子元件、电子器件及其专用原材料的工业部门。主要生产电子计算机、电视机、收音机和通信、雷达、广播、导航、电子控制、电子仪表等设备,生产电阻器、电容器、电感器、印刷电路板,接插元件和电子管、晶体管、集成电路等器件,以及高频磁性材料、高频绝缘材料、半导体材料等专用原材料。
电子工业是在电子科学技术发展和应用的基础上发展起来的。20世纪以来,电子工业发展很快,由于生产技术的提高和加工工艺的改进,集成电路差不多每三年就更新一代;大规模集成电路和计算机的大量生产和使用,光纤通信、数字化通信、卫星通信技术的兴起,使电子工业成为一个迅速崛起的高技术产业。电子工业的发展及其产品的广泛应用,对军事领域产生了深刻的影响:改进了作战指挥系统。第一次世界大战以来,无线电通信成为军事通信的基本手段,被称作军队的"神经"系统。利用电子技术,通过由通信、雷达、计算机等电子设备组成的指挥自动化系统,改变了传统的通信、侦察和情报处理手段,大大提高了军队指挥在现代战争条件下的效能。改进了武器装备系统。电子技术的发展和电子产品的应用,大大提高了现代武器的威力和命中精度;电子器件成了现代武器装备的重要组成部分,电子技术是导弹、军事卫星及其他高技术武器装备制导和控制的核心,无论是战略武器,还是战术武器,其性能高低都同电子技术有密切关系。使电子战发展成为独立的作战手段。电子侦察、电子干扰、电子摧毁等形式的电子对抗,在现代战争中越来越重要。
一、美国
美国是世界上工业最发达的国家。美国电子工业尤其在国防领域的科技电子类最发达。值得一提的是,美国在世界主要27个工业科技大项中有21项是世界第一,足可看出美国的实力之强大,且美国在大学和科技以及信息化和智能化领域也是在全球遥遥领先。
值得一提的是,美国东北部地区是其资本主义发展最早的地区,全国的钢铁、机械、汽车、化工等传统工业大部分集中分布在这里。主要工业区有东北部工业区、西部工业区、南部工业区。
南部地区过去以农业为主。美国工业逐渐由东北部向南部发展后,形成美国新兴的石油、飞机、宇航、电子等工业基地。
特别是太平洋沿岸的狭窄平原和谷地,是西部工业的集中地带,宇航、电子、信息技术等新兴工业发展较快。美国是世界上高新技术产业基地,位于旧金山(圣弗朗西斯科)东南端的硅谷,是美国兴起最早、规模最大的高新技术产业中心,著名产品为硅片。
美国作为全球整个半导体产业的发源地,在上世纪八十年代以前,一直领先于全球的半导体产业市场。到了1997年,美国半导体销售额全球占比提升到50%,并将其领先地位一直保持到现在。在接下来的一段时间里,美国保持了他们在微处理器、模拟和存储等领域的竞争力,而美国在研发、设计和制程技术方面,也走在世界的前头。数据显示,总部设在美国的半导体公司的销售额曾经占了全球46%的份额。而其他国家和地区在这方面的数字都是在5%和22%之间。
闻名遐迩的硅谷,位于美国加利福尼亚北部的大都会区旧金山湾区南面,这里是高科技事业云集的圣塔克拉拉谷(Santa Clara Valley)的别称。 硅谷最早是研究和生产以硅为基础的半导体芯片的地方,因此得名。
硅谷是全球电子工业和计算机业的王国,尽管美国和世界其它高新技术区都在不断发展壮大,但硅谷仍然是世界高新技术创新和发展的开创者和中心,该地区的风险投资占全美风险投资总额的三分之一,硅谷的计算机公司已经发展到大约1500家。 尤其诞生了享誉世界的英特尔 、苹果公司、谷歌、脸书、雅虎等高科技巨头,且在短短的几十年之内,硅谷走出了大批科技富翁。
硅谷尤其以电子工业为主导,集中了大量的电子工业企业,一举成为美国乃至世界电子工业中心。值得一提的是,微电子工业是电子工业的技术基础,因而是高技术中的最高技术。硅谷的重要发明都会影响到全球电子工业的发展。自20世纪60年代以来世界电子工业更新换代的新产品、新技术、新设备、新工艺几乎都出自硅谷。
硅谷的主要区位特点是:它拥具有雄厚科研力量的美国顶尖大学作为依托,主要包括斯坦福大学(Stanford University)和加州大学伯克利分校(UC Berkeley),还包括加州大学系统的其它几所大学和圣塔克拉拉大学。 结构上,硅谷以高新技术中小公司群为基础,同时拥有谷歌、Facebook、惠普、英特尔、苹果公司、思科、英伟达、甲骨文、特斯拉、雅虎等大公司,并且融科学、技术、生产为一体。
硅谷拥有大大小小的电子工业公司达10000家以上,它所生产的半导体集成电路和电子计算机约占全美1/3和1/6。硅谷客观上已成为美国高新技术的摇篮,并且硅谷已成为世界各国高科技聚集区的代名词。
众所周知,电子技术是一个国家重要的战略资源,它的发展与军事需求紧密相关。回顾美国电子工业历史,尤其是当晶体管诞生后,美军方是电子工业研发生产的主要资助者和标准制定者,且早期的晶体管及集成电路产品主要被用于军事领域。
比如1943年7月,美国陆军自主研制新式计算机即电子数字计算机,机器定名为“电子数字积分机和计算机”,其以代号“PX项目”秘密进行。该项目由著名的科学家约翰·冯·诺伊曼担任项目顾问,他提出了包括运算器、控制器、存储器、输入、输出的“冯·诺伊曼结构”,大大促进了电子技术和计算机的发展。1946年2月,ENIAC计算机成功研制,性能极为优越,微分机计算60秒射程弹道轨迹需要20小时,而它仅需30秒。
1947年,美国贝尔实验室的肖克利、布拉顿、巴丁发明了晶体管,用晶体管代替电子管制造是电子产品的重大突破。比如著名的 IBM进入计算机领域后,主要客户是弗吉尼亚州达尔格伦(Dahlgren)的海军水面武器中心。IBM也因为参与了一个重要的军事项目——“半自动地面环境探测系统”(简称:SAGE),奠定了它在计算机领域的领导地位。IBM 704和IBM 709也成为了行业标准。再如AT&T公司, AT&T公司的贝尔实验室于1954年为美国空军建造第一台全晶体管计算机TRADIC (晶体管数字计算机),尤其是它在第二次世界大战期间研制出了全球第一台机载雷达天线。
二、日本
日本是电子工业公认的强国。日本曾被誉为世界最强的“技术大国”。日本不但在电子制造业位居世界前列而且在材料和应用技术上也是全球第一。并且出现了很多享誉世界的企业,比如日本闻名遐迩的电子工业松下、索尼、夏普三大巨头。值得一提的是,日本电子产业的发展经验,曾经被不少国家奉为“教科书”。尤其是日本被誉为“工匠”国家,崇尚“匠心”精神的“日本制造”一度成为优质的代名词,并在电子制造业中体现得十分明显。业内曾经认为,电子cpu领域美国最强,但日本普通电子芯片制造业制造能力最强;科研创造能力美国最强,而日本在家用器方面领域技术最强,
日本尤其在全球功率半导体领域拥有十分强大的实力。据悉,目前全球的功率半导体器件主要由欧洲、美国、日本三个国家和地区提供,它们凭借先进的技术和生产制造工艺,以及领先的品质管理体系,大约占据了全球60%的市场份额。特别是日本企业三菱电机(Mitsubishi),罗姆(ROHM),东芝(Toshiba),瑞萨电子(Renesas),富士电机(Fuji Electric)等电子巨头,曾经在2019年的功率半导体市场(离散元件和模组)销售额全部进入世界前十名。
在电子工业重要的氧化镓领域,日本尤其在元件、基板等方面的研发全球领先。据了解,日本研究氧化镓功率元件且开发的并非大中型功率半导体企业,并不是所熟悉的三菱电机、富士电机、罗姆等大企业。而恰恰是一些小企业,可见,日本在此领域的强大实力。
日本在半导体材料以及设备上具有强大的优势。比如在硅片方面,日本的几家公司名列世界前茅,即使各种用在半导体芯片生产的气体和化合物领域,日本同样也不遑多让。尤其在功率半导体方面。
日本半导体技术十分发达,特别是集成电路(ic)的研究和开发在世界处于领先地位。日本ic的特点是小、轻、优质。其开发的大规模集成电路(lic)不仅广泛应用于工业机械,而且大量用于超小型计算机、计算器、游戏机等日常用品。比如产业机器人是尖端机械技术和电子技术的组合。日本的机器人技术高度发达,日本曾经是世界上使用机器人最多的国家,
回顾历史,尤其在50年之前,日本曾经以制造起家,依靠廉价的终端产品,迅速占领世界电子市场。日本依靠高品质、高性价比,几乎垄断了全球终端产品市场。
众所周知,iPhone是最成功的手机,但其内部许多关键器件,比如显示屏、电池、内存、摄像头,还有电路板上大量的电阻电容,都来自日本公司,因此日本可以说是技术驱动源动力的产业。
在电子领域,日本拥有全球最全的产品线。随便打开一部尼康的单反相机,或索尼游戏机,可以分析里面几乎所有的芯片、元器件,都是日本制造的产品。因此任何国家去制造摄像机,很难和索尼产生真正的竞争,因为最关键的光电转换芯片都是索尼自主研发做的,技术远远领先,重要的是不外售。
早在90年代,日本的IC元器件电子产业格局已经形成,值得一提的是,全球产业链中,没有一个国家拥有之如日本如此全的产品线,所有的都能够自给自足,源源不断的支撑终端产品,保证其终端产品的性价比全球领先地位。
日本在精密制造设备产业领域同样十分厉害,比如电子工业巨头尼康除了制造相机镜头,还能够生产顶级的芯片、生产重要的关键设备:光刻设备,尤其在电子产品各个环节的各种生产设备,日本都占据十分重要的市场份额。在很多国家无数的电子制造工厂里,巨大的设备固定资产中,有很大一部分都是日本的产品。
日本在半个世纪时间,打造出全球电子产业最完整的产业链,可以说只要提供给其最基本的原料和能源,日本就能够生产出全链条的电子产品。日本已成为电子帝国领域一个个庞大的企业军团:索尼、松下、夏普、东芝、日立等。其中每个军团都有自己十分庞大的产业链。
三、中国
中国电子信息产业连续多年保持平稳快速增长,尤其在手机、微型计算机、网络通信设备、彩电等主要电子信息产品的产量居全球第一。中国的技术创新能力大幅提升,龙头企业实力显著增强,生态体系进一步完善。中国电子信息制造业已成为国民经济战略性、基础性、先导性的支柱产业。值得一提的是,中国早在2009年,彩电、手机、计算机等主要电子信息产品的产量位居全球第一。
中国的电子工业经过几十年的建设和发展,已经具有相当规模,形成了军民结合、专业门类比较齐全的新兴工业部门。特别是在90年代初,中国电子工业已经能够主要依靠国产电子元器件生产20多类、数千种整机设备以及各种元器件,许多精密复杂的产品达到了较高水平。中国并形成了雷达、通信导航、广播电视、电子计算机、电子元器件、电子测量仪器与电子专用设备等六大产业。中国电子信息产业已具有门类齐全的军用电子元器件科研开发与配套能力,具有一定水平的系统工程科技攻关能力。中国电子工业能够满足战略武器、航天技术、飞机与舰船、火炮控制和各种电子化指挥系统的需要,尤其电子信息产业所提供的产品都达到了较高技术水平,其中不少达到世界先进水平。
中国一直被认为是世界工厂,全球有90%以上的个人电脑、80%的空调和74%的太阳能电池和70%的手机来自于中国。尽管之前被认为是全球供应链上的底端,似乎创新与其无,但中国领先步伐已经开始。
美国高德纳咨询公司早在2015年公布的全球“半导体采购金额”肖特基二极管(速报值)的国家和地区排名,中国首次超过日本排名第二,仅次于美国。众所周知,所谓“半导体采购金额”指的是硬件厂商设计智能手机、笔记本电脑以及电视等数码产品时对半导体零部件的购买能力,是一项购买力指标,能够直接反映出产品研发的主导方。
再比如日本著名评论家大前研一日前作出令日本人惊讶之论断:“从明治维新至今,这场由日本发起的对中国的挑战,在150年后以日本完败告终,日本将迎来长达400年的衰退!中日的此消彼涨,在2017年表现的尤其明显!未来世界将是美欧中三极世界,日本逐渐被边缘化!值得一提的是,中国已经成为世界科技的引领者,比如每年申请的专利数量是日本几倍。且中国的互联网公司非常强。
据韩媒报道,《全球电子产业主要国家生产动向分析报告》显示,在全球电子产业的占比排名中,中国占37.2%位居第一,美国为12.6%位居第二,韩国8.8%排在第三位。报道指出,中国电子产业中所占比重最大的是电脑相关产品,占34.2%;美国占比最大的是无线通信机器,占32.3%;韩国则是电子零部件,比重为77.3%。
值得一提的是,中国电子信息产业整体规模仅次于美国、日本,居全球第三位,尤其是电子信息硬件制造业列世界第二。中国电子信息产业共有合同外资曾经达到700亿美元,拥有外资企业1万多家,成为促进中国电子信息产业发展的中坚力量。
值得一提的是,全球发达国家依然占据电子信息产业价值制高点,尤其是在大力构建信息经济新优势的同时,积极以信息技术为手段推动再工业化进程,争取未来全球高端产业发展主导权。比如美国的《先进制造业伙伴计划》,德国的《工业4.0》,日本的《2014制造业白皮书》,英国的《英国制造2050》等,都努力促使国际资本调整布局,吸引高端制造业向发达国家“回流”。
中国的电子信息产业也正日益成为我国实现制造强国、网络强国的关键力量之一。比如“中国制造2025”明确提出“以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向”,在加速向制造强国迈进过程中,需要在集成电路、信息通信设备、操作系统等新一代信息技术领域实现突破。“。
在产业发展方面,我国正与全球同步迈进,在计算机视觉、语音识别等细分领域甚至处于国际领先水平,涌现出一批具备竞争实力的企业和研究机构,已具良好的发展基础。“中国制造2025”、“互联网+”等政策文件中,将智能技术、智能产品列为发展重点,对以智能为引领的电子信息产业发展的支持力度持续加大。
与此同时,也必须看到,中国电子信息产业发展基础还存在薄弱环节,核心技术仍然存在短板,距离智能化发展要求还有一定差距。尤其是芯片、基础软件、传感器、智能控制等核心关键技术积累不足,尚无法对新兴增长点形成相匹配的支撑,因此中国电子信息产业需要迎头赶上,相信不远的将来,中国的电子工业势必实现重大超越。
四、德国
德国是全球第四大、欧洲第一经济体。尤其在之前欧债危机背景下,德国经济表现相对突出,继续保持增长,被称为欧债危机的“救世主”。德国制造是一块象征优质、高效和创新的金字招牌,保持全球产品的竞争力。
德国制造业门类齐全,汽车、机械制造、化工医药和电子电气是德传统四大支柱产业。新能源和环保技术也是德国的优势产业。德国是世界上汽车制造强国,奔驰、宝马老少咸知,大众、奥迪、保时捷有口皆碑。德国高档汽车全球市场占有率超过70%。
德国电气电子产业位于欧洲领先地位,尤其是德国“萨克森硅谷”区域已成为全球五大半导体产业群之一,50%的欧洲产芯片来自德国东部,尤其是萨克森州的德累斯顿地区。德国可靠的投资环境,使得电气电子成为成长最快速的产业之一。
德国电气电子行业在汽车电子和工业电子领域大大超过其他国家,其实中国已成为德国电气电子行业最大的投资来源国。
德国的全国最大的电子工业中心在慕尼黑。慕尼黑是德国第三大城市,是巴伐利亚州的首府,慕尼黑高新科技园区是德国电子、微电子和机电方面研究与开发中心,被称为 “巴伐利亚硅谷”。
值得一提的是,德国的电子信息产业历史悠久,基础较好,尤其在世界电子市场上曾与美国争霸,并称雄一时。早在1888年,德国物理学家赫兹证实了电磁波的存在。当时,德国的电子技术尤其在理论方面居世界领先地位。在工业领域,德国拥有享誉世界的欧洲最大的通信设备企业西门子、哈斯克公司和通用电气公司等重要电气垄断巨头。在通信设备方面,西门子公司研制了FM12/800移动式无线电中继系统等;通用电气-德律风根公司研制了FM120/500无线电中继系统等;罗德·施瓦茨公司研制了XT3000系列甚高频和超高频电台(装备了‘狂风’和‘阿尔法’喷气战斗机)。
在雷达技术方面,通用电气-德律风根公司研制了飞行安全控制雷达、机载和舰载雷达、防空雷达;西门子公司研制了移动式多普勒雷达(MPDR);标准电气洛伦茨公司研制了毫米波雷达等。
在光学仪器方面,卡尔·蔡司公司、通用电气-德律风根公司等研制了各种测距仪、潜望镜、红外瞄准仪、夜视仪、热成象设备等。在导航设备方面,好几家公司研制了各种机载和车载导航设备和陀螺仪。此外,还研制了一些自动化作战指挥、侦察和电子战等方面的设备。
德国电子电气工业每年技术革新支出150亿欧元,占该行业营业额的10%,其中研发投入120亿欧元,约占德国工业总研发投入的五分之一。德国制造的电子元件一半以上用于出口,出口的80%以上进入欧盟国家。
德国电子元件业的发展在很大程度上依赖于德国汽车业的发展。汽车电子行业是德国电子元件的最大消费者,通信领域、电子数据处理和工业电子也是其主要用户,分别占20%左右的销售份额。未来德国电子元件市场的发展主要依赖汽车业的发展及工业电子领域的发展。德国享誉世界的电子电气行业龙头企业有:西门子、英飞凌、博世、捷德(Giesecke&Devrient)、库卡(KUKA)等。
五、韩国
韩国是世界制造业大国,制造业规模位居世界前列,制造业增加值曾经占GDP的比重超过25%。比如以半导体产业为例,在首尔以南的京畿道,由水原,龙仁,平泽,利川等城市合围的区域,已经形成一个庞大的半导体制造中心,包括享誉世界的三星电子,SK海力士等都在这里拥有大型晶圆制造工厂。更重要的是,这里拥有上千家相关的中小型企业,为三星,LG等大型企业提供配套,形成了完整的上下游产业链。
韩国电子产业生产额曾经排名全球第三,位于中国和美国之后,甚至超过日本。尤其在全球电子零部件生产方面,韩国占19.2%,位于中国(24.1%)之后,排行第二。在无线通信器材方面,韩国占4.3%,位于中国、美国、越南和印度之后,排行第五。据World Electronics Data资料显示,韩国早在1993年已是世界第六大电子产品生产国家。
韩国电子产业的发展主要经历了进口替代、被动的出口导向、主动的出口促进、防御性的产能海外迁移以及产品创新五个主要阶段。经过几十年的发展,韩国电子产业的综合实力已经可以和美、日、德等国抗衡。
韩国三星已超越日本NEC成为全球最重要的供应厂商。韩国曾经开发出全世界第一颗256MB的DRAM 芯片,一时称霸DRAM市场,并且创造更惊人的出口实力。
韩国三星和SK海力士占据了全球绝大部分市场份额。仅以DRAM(俗称内存)市场为例,早在2017年三星和SK海力士在全球DRAM市场份额合计达到72.4%。
在NAND Flash市场(俗称固态硬盘),三星排名第一,第二是东芝,第三是SK海力士。三星电子和海力士是存储器领域的巨头,两家公司共占据了全球70%以上的市场份额。从上述数据看,全球半导体存储市场基本被韩国控制。值得一提的是,三星在手机OLED面板市场独占超过90%的市场份额。
六、英国
英国是全球公认的工业强国,尤其在高科技产业十分发达。全球很多跨国企业在英国设立了分公司。英国在学和智能以及科研、航空、制药等方面发展得很好,诺贝尔奖获得者数居第二位。
英国是全球电子工程、半导体设计和光电学的创新基地,对发展电子产品有良好的商业环境和基础设施。比如著名的索尼、日立、飞利浦、摩托罗拉等国际知名公司都在英国建立了研发中心。很多英国公司有独特的专利。值得一提的是,英国的芯片设计举世瞩目,囊括了欧洲地区40%的芯片设计和全球10%的芯片生产。英国是最早采用无线局域网的国家,因特网普及和电子商务占据世界领先地位。
英国是欧盟最大的信息通讯产业基地,曾拥有8000多家企业。英国同时是世界信息通信产业的创新中心之一。英国是欧盟成员内最早开放电信市场和实行电信业私有化的国家。英国电信业以高度发达、自由开放及吸纳新技术而闻名于世。
英国是第一个通过人造卫星、电缆和地面广播提供数字电视服务的国家,有200多家空间及人造卫星企业和世界最大的移动电话运营商,是欧洲最具实力和竞争力的电信制造和供应基地,也是公认的电信技术创新中心。英国是世界上领先的网络关口,世界36%的跨国网络线路通过英国服务器。英国还是欧洲最大的手机通信市场。
值得一提的是,英国在半导体独立设计方面英国居欧洲首位。在这一领域,英国拥有欧洲40%的利润和设计室。英国半导体公司是世界第一个模拟半导体公司。该公司经营信息技术,综合了现实模拟和最先进的数字技术。
七、法国
法国是全球实力十分雄厚的科技强国。法国拥有空客、达索、雪铁龙、阿尔斯通等世界著名企业,法国的科技非常先进,工业尤其发达。
法国始终处在全球大数据的最前沿。研究显示,法国与德国并驾齐驱,远远领先于英国。据这项研究,五分之三的法国公司使用先进的分析处理来提高效率并节省时间。大数据的成熟主要归因于法国工程师在数学和统计方面的培训质量。值得一提的是,法国的菲尔兹奖牌数量排名全球第二。
法国网络覆盖非常广。据法国国家统计和经济研究所(Insee)的数据,早在2012年,法国就有83%的人使用互联网,当时欧洲平均水平为75%。
法国曾拥有200多年的地铁建造史和营运史,法国的地铁规划和管理堪称世界一流;法国曾是世界上最早掌握核电站技术的国家之一,且核泄漏事故率是最低的国家,目前法国的核电发电量占所有发电量的75%,因此法国是核电利用率最高的国家;值得一提的是,法国著名的阿海珐公司(Areva)开发的欧洲压水反应堆——EPR是全球第三代核反应堆的代表。是目前世界上发电容量最大的反应堆。
法国能够独立制造三代战机;全世界的通信都使用法国的turbo编码;法国拥有完整的小汽车工业;法国拥有独立的超级计算机制造能力。法国还拥有独立的军用航发和民用航发设计制造能力,比如法国的电气装备欧洲第一。法国的航空发动机技术是十分先进的。比如法国赛峰集团和美国GE共同研制的CFM系列发动机是全球最畅销的发动机,其稳定性与可靠性让波音选择了它作为737系列飞机的唯一发动机。而法国的赛峰集团也通过与美国GE的合作,成为了航空发动机三巨头罗罗,普惠和GE之外的第四大航发巨头。
法国电子工业及信息产业增加值在欧洲国家中排名第三,约占增加值的14%,德国和英国以19%领先。法国在电子信息领域的研发投入处于欧洲中上游水平,但落后于韩国和美国。法国电子政务应用在欧洲排名第三,电信基础设施完善,92%的企业接入了宽带,高于欧洲平均水平。
法国电子工业及电子信息产业的优势领域有:
1、电子元器件领域:欧洲排名第一,拥有许多全球著名的大型企业和研究机构,比如法国国家科学研究院、法国国立计算机及自动化研究所、Soitec公司等。
2、智能卡、非接触式卡、RFID和微电子领域:法国处于世界领先地位,本土著名企业有金雅拓公司、Tagsys公司等。
3、通信领域:宽带和电信服务市场较发达,法国拥有许多大型跨国公司,比如Orange电信、阿尔卡特-朗讯、赛峰、泰雷兹等。
4、数字内容领域:3D动画、虚拟现实技术和增强现实技术等享有世界盛名,比如著名企业有达索系统、泰雷兹等;教育也受到世界认可,代表学校有SupInfocom动画学校、SupInfoGame电脑游戏学校;专业视频系统和数字影像设计和制作方面同样具备较强优势,代表企业有Technicolor集团。
5、航天和军用复杂嵌入式系统领域:法国企业技术精湛(该领域市场规模约占全球信息消费的15%),部分企业领先全球,比如ALTRAN公司等。
全球电气行业巨头主要有通用电气、西门子、瑞士ABB集团等。其中,法国著名的电子电气巨头施耐德电气实力十分强悍。公开资料显示,施耐德电气于1836年创立,至今已走过百年历程。其总部位于法国吕埃,是全球能效管理领域的领导者,它为全世界一百多个国家的能源及基础设施、工业、数据中心及网络等提供整体解决方案,在多个领域处于全球领先地位。
八、意大利
意大利是经济及工业发达国家,是一个比较富裕的国家。意大利经过80年代的高速发展,电子工业达到相当的规模和实力。意大利约拥有300家电子。值得一提的是,意大利拥有享誉世界的意法半导体(ST)集团,它于1987年成立,是由意大利的SGS微电子公司和法国Thomson半导体公司合并而成。1998年5月,SGS-THOMSON Microelectronics将公司名称改为意法半导体有限公司。意法半导体是世界最大的半导体公司之一。意法半导体(STMicroelectronics)是全球第五大半导体厂商,在很多市场居世界领先水平。
比如意法半导体是世界第一大专用模拟芯片和电源转换芯片制造商,世界第一大工业半导体和机顶盒芯片供应商,而且在分立器件、手机相机模块和车用集成电路领域居世界前列。
欧洲电子巨头:英飞凌、意法半导体、恩智浦这三大芯片制造巨头。值得一提的是,意大利曾经计划在2030年之前拿出40亿欧元,用于本国芯片制造业的发展。主要目标计划在于将现有的芯片产能在十年内提升至全球产能占比的20%。
意大利的电子产业及科研方面领先及发电,特别是基础科学和尖端科技都是非常强的,尤其在航空和电子行业发展得非常好。在强大的电子工业基础之上,意大利是世界上为数不多的拥有完整汽车工业的国家之一。世界主要汽车生产企业的许多车型都带有意大利设计师独特的印记。意大利汽车设计行业的主要代表企业包括平尼法利纳集团和乔治·亚罗设计公司,这两家企业的汽车设计闻名全球。比如法拉利、兰博基尼、马萨拉蒂、布加迪、阿尔法罗密欧……全球的超跑几乎都出自意大利。
航空航天业务是意大利的优势产业,有悠久的航空产业历史:意大利航空产业的研发与制造技术包括:固定翼飞机(Leonardo飞机事业部原Alenia),直升机(Leonardo直升机事业部,原AW公司),航空发动机,机身部件与零组件的设计和装配(铝合金,钛合金和复合材料)以及航空相关软件。有完整的冶金,机械,电子产业链。
基于电子工业的基础,意大利的机床和机器人是意大利在高技术领域中出口最为活跃和附加值较高的产品,意大利的机器人产业是意大利机械制造业的精髓,在创新研发实力和市场规模等方面居于国际领先水平,在一些方面的技术水平已经超过德国和日本。意大利机器人生产企业曾经超过50家,企业每年投入的研发费用一般占其销售额的5~10%。意大利用于车辆制造的机器人系统,如焊接机器人、车辆组装机器人、车身喷涂工艺机器人在世界处于领先水平。
九、以色列
以色列是公认的科技强国及人口小国。全球创新指数曾经排名第二,人均GDP超过4万美元,被称为拥有全世界最聪明头脑的国家。值得一提的是,以色列还是芯片王国,孕育了超过160家芯片企业,每年创造的出口额占了以色列总出口额的22%还多。
从信息通讯领域,到席卷全球的计算机,再到如今大势的人工智能(AI),以色列的芯片产业在这些高科技领域无不取得了世界瞩目的成就。尤其在竞争日趋激烈的半导体产业,以色列有大批优秀的芯片公司被诸多国际半导体巨头争抢收购。
值得一提的是,全球芯片产业生态链的重量级玩家,英特尔、高通、英伟达、苹果、博通、三星、CEVA、Marvell、KLA-Tencor、德州仪器、LG、日立等等,都相中以色列这个孕育芯片企业的温床,建立研究机构。
以色列的芯片技术已经进入全球的方方面面领域,比如通信领域的摩托罗拉基带芯片、传感领域的德州仪器蓝牙芯片、PC领域的英特尔高端处理器、存储领域的Sandisk闪存芯片等均在以色列研发。
以色列不但在电子工业领域,而且以色列的通讯、军工、计算机软件、航空、医疗医药、生物技术等领域的实力位居世界前列。尤其是在军工科技领域,实力十分强大,甚至美国某些产品都会购买以色列相关的技术及设备。值得一提的是,以色列具有完备的核工业体系,军工实力雄厚且强大是以色列称霸中东的工业基础。
以色列著名的RADA 电子工业公司,是一家位于以色列的国防电子承包制造商,该公司主要从事陆地战术雷达系统、空地惯性制导系统、航空电子系统设备的研发、生产、销售。RADA公司的航空电子设计生产能力获得了全球主要国防承包商的长期认可,在先进航空电子市场上具有一定的领先地位。
十、荷兰
荷兰是全球科技经济极为发达的国家。荷兰不但培育了恩智浦、ASML、飞利浦等世界领先的半导体企业,重要的是,荷兰还是全球为数不多拥有完整半导体产业链的国家,其半导体产业年收益高达百亿欧元以上,全球超过四分之一的半导体设备来自荷兰。
全球半导体设备,不得不提荷兰的ASML,它是全球高端光刻机的龙头企业;车用半导体领域,几乎都知道荷兰的恩智浦,作为该领域市场份额最大的供应商,影响力非常大;荷兰还有一个全球最先进的医疗电子设备巨头飞利浦。荷兰还有芯片厂商安世半导体等众多知名的半导体企业。荷兰的半导体产业十分完善,除了上面那几家,还有大量的中小企业在半导体设计、测试和模拟及MEMS、光电子等应用领域发光发热,它们在上游、中游、下游几乎全部涉猎,让人惊叹荷兰半导体产业的发达程度。
特别是大名鼎鼎的飞利浦成立时间更早,1891年成立于荷兰,主要生产照明、家庭电器、医疗系统方面的产品,是世界上最大的电子品牌之一,在欧洲名列榜首。在彩色电视、照明、电动剃须刀、医疗诊断影像和病人监护仪器、以及单芯片电视产品领域世界领先。
飞利浦曾经发明了电动剃须刀,60年代发明了第一个盒式录音机,盒式磁带的标准成了世界标准,随后又发明了录像机、CD机、LD机等从美国的航天飞机上和国际空间上都有飞利浦生产的产品,美国的军舰上的雷达也是飞利浦公司的……。飞利浦和ASML的迅速壮大带动了荷兰电子产业的发展,可以说它们是荷兰半导体产业的缩影。
荷兰的工业非常发达,电子工业、石油、化工、造船、机械制造及加工等,这带动了荷兰的电子设备和相关半导体产业。
日本五大领先的高精尖技术
一、半导体加工设备
这个领域几乎基本上被日本,美国霸占。世界上目前蚀刻设备精度最高的是日立。比如东丽、帝人的炭纤维、超高精密仪器、数控机床,包括光栅刻画机(这个领域最牛的也是日立,刻画精度达到10000g/mm ),当然光刻机荷兰ASML最先进,但是ASML里面的零部件有日本的关键性产品,比如光学镜头等,这些是美日严格限制出口的。
在世界上,生产制造一块CPU,不仅仅是光刻机那么简单,而且需要N多个设备及材料。世界前十大半导体设备生产商中,美国企业4家,日本企业5家。
大家知道华为在搞处理器研究,而生产处理器最关键的是高精度蚀刻设备。这个领域最好的就是日本。英特尔的芯片基本全是日立在加工。这种设备,日本还控制出口。
虽然日本著名公司东芝存储被美国贝恩资本收购,松下宣布退出半导体业务,日本在半导体芯片领域可以说几乎全盘失败。但日本在设备制造领域对世界影响力仍然实力强大、不容小觑。
早在2004年前,尼康就曾经占据全球光刻机市场超过50%的市场份额,被誉为世界“设备业界王者”,并且在全球生产占超过50%的半导体设备种类当中,日本就高达10种之多。特别是在电子束描画设备、涂布/显影设备、清洗设备、氧化炉、减压CVD设备等重要高科技前端设备、以划片机为代表的重要测试设备环节,日本的设备企业几乎处于全球垄断地位。
半导体设备可分为:晶圆处理设备、封装设备、测试设备和其他设备,在整个半导体设备市场中,晶圆制造设备大约占全部的80%,封装及组装设备大约占7%,测试设备大约占9%,其他设备大约占4%。而日本的大大小小不同的半导体设备厂商为世界出口了大约37%的半导体设备。
在全球半导体巨头数量方面,据美国半导体产业研究公司VLSI Research发布的2018年全球半导体出产设备厂商的排名中,排名前15位的公司中,美国制造商有四家,欧洲制造商两家,其中,日本制造商:东京电子(TEL)排名第三、Advantest第六,SCREEN第七, KOKUSAI ELECTRIC位居第9位、日立高新科技位居第10位,Daifuku位居第14位、Canon位居第15位。可以看出,日本企业在半导体出产设备业界的的强大实力。
日本的半导体公司
1)东京电子(简称东电) ,1963年以代理贸易起家,是日本半导体设备国产化的见证者。东电曾先后作为Fairchild、英特尔、KLA、AMD等半导体厂商在日本的设备代理商。
东电曾经与美国Thermco Products Corp合资成为TEL-Thermco Engineering ,开始在国内生产扩散炉,东电成为了日本第一家半导体设备制造商。东电于1976年开发出了世界上第一台高压氧化炉,1986年生产第一台立式扩散炉发货。据VLSI Research数据,1989年东电的半导体制造设备营收额突破6亿美元,登顶第一的宝座,并连续三年蝉联全球冠军。
东电的产品几乎覆盖了半导体制造流程中的所有工序,主要产品包括:涂胶/显影设备、热处理成膜设备、干法刻蚀设备、沉积设备、清洗设备,封测设备。其中涂胶/显影设备在全球占有率达到87%,在FPD制造设备中,刻蚀机占有率达到七成。
2)日本爱德万测试 :日本一家老牌设备企业。爱德万测试的主要产品包括自动化测试设备、SoC测试系统、内存测试系统、机电一体化测试系统等。爱德万测试可以说开创了日本测试界的的先河,研发出了多个全球及日本“第一款”测试设备:比如日本第一款电子计数器TR-124B、第一台振动电容超低电流静电计TR-81、第一台计算机控制的IC测试设备、第一台测试仪LSI测试系统T-320/20。特别是1976年推出的T310 / 31作为全球唯一的生产DRAM测试仪在全球大获成功。到1985年,爱德万测试便成为全球领先的半导体测试设备提供商。公司在存储器测试设备市场拥有50%以上的市场占有率。
3)日本迪恩士(SCREEN) :是世界上唯一生产线图像制版器材、电子原件制造设备的综合制造厂商,创立于1943年。1975年开发出晶圆刻蚀机,SCREEN正式开启半导体设备制造之路。
特别在晶圆清洗领域,2009年SCREEN在单晶圆清洗系统中获得了全球60%以上的份额;在涂布机/显影机,湿法蚀刻机和抗蚀剂剥离剂的LCD制造设备市场上赢得了2008年全球最大的份额。在图案检查和液晶制造设备行业也拥有全球龙头地位。
4)日本KOKUSAI ELECTRIC :KOKUSAI电气公司生产的半导体制造设备利用了那些接近物理极限的世界一流的薄膜形成技术,比如10nm微制造技术,为快速发展的晶圆厂设备市场提供服务。
KOKUSAI前身是日立国际电气,于2017年底作为非核心业务出售给了私募股权基金Kohlberg Kravis Roberts(KKR),从而离开了日立集团。2019年7月,应用材料宣布将以22亿美元现金从KKR手中收购Kokusai。
5)日立高新科技公司 :2001年日立仪器集团和半导体制造设备集团合并后,公司名称更改为日立高科技公司。在半导体设备领域,主要生产干蚀刻系统和CD-SEMI和缺陷检查系统。这些设备广泛应用于大规模集成电路、功率器件和声表面波滤波器、CMOS图像传感器、微机电系统和其他(硬盘和平板显示器)
6)日本大福集团: 创于1937年,最早生产气锤、锻压加工机。大福的洁净室存储、搬运系统被广泛应用于半导体、液晶等平板显示器制造行业,很多全世界著名企业均有销售。
7)佳能 :原名为精机光学工业株式会社,1984年,佳能推出首款步进式光刻机(stepper),2011年,佳能推出全球第一款用于后道的步进式光刻机FPA-5510iV,正式进入先进封装领域的光刻市场。2016年,佳能推出更高分辨率和高套刻精度步进式光刻机FPA-5520iV,能满足扇出型晶圆级封装(FOWLP)工艺的严格要求,FPA-5520iV目前已投入FOWLP量产、下一代精细重布线层(fine-RDL)和FOWLP研发。
佳能的FEOL(生产线前道工序)产品阵容强大,包括深紫外光(DUV)扫描式光刻机FPA-6300ES6a和I线步进式光刻机FPA-5550iZ2,得益于其高生产率和低成本的优势而受到存储器制造厂商的青睐。佳能的关键优势之一是产品覆盖半导体前道市场和半导体后道市场,产品组合广泛。
8)日本尼康: 最早通过相机和光学技术发家,1980年开始半导体光刻设备研究,1986年推出第一款FPD光刻设备,现如今业务线覆盖范围广泛。2004年之前,尼康占据全球光刻机市场超过50%的市场份额,被誉为“设备业界王者”。但后来在关键技术路线上选择错误,使得一众客户倒戈AML,尼康从光刻机王者宝座滑落。
尼康虽然在芯片光刻技术上远不及ASML,目前的产品还停留在ArF和KrF光源,且售价也远低于ASML,和EUV更加难以相提并论。但在FPD光刻方面,尼康优势极为突出,尼康的机器范围广泛,从采用独特的多镜头投影光学系统处理大型面板到制造智能设备中的中小型面板,提供多样化的机器。
日本小企业半导体设备
日本很多小企业同样实力强大。比如光罩检测领域的laserTec、OLED真空蒸发设备的佳能Tokki、EUV光刻技术的Gigaphoton、专注半导体前后制程设备的Shibaura、半导体自动化设备的Muratec和电子光束光刻的JEOL。
1)日本内山靖(Yasushi Uchiyama) :1976年NJS开发并发布了世界上第一个LSI光掩模检测系统。1986年NJS公司更名为Lasertec公司,Lasertec核心业务的掩模检验系统和掩模坯料检验系统,还提供各种晶圆检验和测量设备。比如光刻工艺检验系统和涂层厚度不均匀检验系统。Lasertec提供的最先进的掩模检测系统,可促进FPD技术的创新。
2)日本佳能Tokki公司: 成立于1967年,2010年,佳能收购Tokki Corporation。佳能Tokki于1999年开发了第一个OLED批量生产系统,该系统通过一个系统处理OLED /电极材料的沉积和封装。在OLED蒸镀机方面,佳能Tokki几乎形成垄断。
3)日本Gigaphoton: 成立于2000年,Gigaphoton一直在积极开发极紫外(EUV)光刻技术。其前身是小松公司,小松激光技术的历史可以追溯到1980年。小松公司于1985年推出了日本第一台准分子激光器单元KLE-630,1987年推出了世界上第一台用于半导体光刻工艺的准分子激光器单元KLE-630S。
Gigaphoton的激光光源已被包括日本在内的亚洲大多数半导体制造商采用,并在欧洲和美国得到迅速的接受。
4)日本Shibaura: 历史可追溯到1939年,主要生产半导体前工程以及后工程制造设备、FPD前工程以及后工程制造设备、真空应用制造设备、激光设备等。不同于多数半导体设备厂,其很难兼顾前、后端领域,SHIBAURA两大前后制程都可以兼顾,且都有很非常好的成绩。其Flip Chip Bonder更是全球最大品牌,在全球市占率遥遥领先对手。
5)日本美村(muratec) :拥有世界领先的自动络筒机等纤维机械第一市场份额。村田机械创业于1935年,是日本具有代表性的机械厂商。从发明空气捻接器以来,先后广泛涉入了机床、信息设备、物流设备、面向液晶工厂/半导体工厂的自动化设备等领域。
为什么日本半导体设备能够快速崛起? 日本半导体设备的崛起来源于日本芯片产业的支撑。自1955年索尼开始研发半导体收音机开始,日本半导体产业开始起步。此后,存储器一度成为日本的第一产业,特别是DRAM。
日美芯片展开竞争后,日本半导体芯片奠定了在全球的第一地位,配套的日本半导体材料和设备也快速崛起。日本芯片产业上演了“一人得道鸡犬升天”的飞速发展。另外一个重要原因,日本本土半导体企业不断更新设备,同时驱使设备厂商不断提升技术,再加上日本政府领导的“官产学”一体化研发,政策上鼓励及大力支持,可以说是技术和市场驱动两条线走路,让日本在设备领域突飞猛进。
据统计,日本在1975年之前,半导体制造装备几乎是从国外进口,但是到了1980年代初,70%以上的半导体制造装备日本已经实现完全国产化。综上所述,日本在半导体设备方面的全球竞争优势,不仅仅是全球半导体产业优胜劣汰的结果,同时也是日本的工匠精神与市场结合的结果。
二、半导体材料
日本半导体材料可以说非常牛掰。半导体材料品类繁多,但成为日本人手中”王炸“的,是具有高纯度氟化氢、光刻胶和氟化聚酰胺。日本在半导体芯片19种必须的材料中,能够做到没它不行、缺一不可,特别是日本的大多数半导体材料具备极高的技术壁垒,因此,日本半导体材料企业在半导体行业中占据着至关重要的地位。
日本企业在硅晶圆、合成半导体晶圆、光罩、光刻胶、药业、靶材料、保护涂膜、引线架、陶瓷板、塑料板、TAB、COF、焊线、封装材料等14中重要材料方面都占有高达50%及以上的市场份额,日本半导体材料行业在全球范围内始终长期保持着绝对优势。全球70%的半导体硅材料都是由日本信越化学提供的。
日本经济产业部2019年7月宣布限制对韩国半导体材料出口,将对用于制造智能手机与电视机中OLED显示器部件使用的“氟聚酰亚胺”、半导体制造过程中必须使用的“光刻胶”和“高纯度氟化氢”等半导体的三种材料,加强面向韩国的出口管制。
为何日本突然“下手”呢? 据韩联社援引消息人士称,日本此次措施实际上是针对去年日韩在劳工征用赔偿诉讼的报复措施。报道称,日、韩政府高层在G20峰会上又针对“二战”劳工赔偿事件进行了谈判,但是双方没有谈成功,导致日本采取对韩国出口限制的措施。
日本的限制无疑是“切中韩国的要害”,因为在半导体的十九种材料中,日本拥有十四种半导体材料,占据全球50%市场份额,并且在这三项半导体材料上处于垄断地位。日本有底气这么做,因为在高纯度氟化氢上,日本占据全球份额的70%、氟聚酰亚胺份额占比达到90%,光刻胶更是处于全球垄断地位。
日本在半导体材料超强实力不是由来已久,而是未雨绸缪的结果。比如在90年代,世界半导体产业第一次从美国转移到日本,日本成为了世界半导体第一强国,日本的半导体曾经占到全球份额的60%。
美国看到日本半导体的强大,战略性对日本的半导体进行了打压,同时扶植韩国的半导体产业,由此,世界半导体产业发生了第二次转移,从日本转移至了韩国。但转移主要是成品制造这一块,比如像原材料这一块,日本始终没有放手,而是极尽日本的工匠精神、日本人精益求精的品格,做到了让其他国家不可替代、无法超越地步,在至目前,技术依然牢牢掌握在日本手中,垄断地位牢不可破。
日本限制含氟聚酰亚胺、光刻胶,以及高纯度氟化氢这三种材料的对韩出口,引起了全球整个半导体领域的极大震动。
毕竟韩国也是全球半导体强国之一,特别是在液晶面板、OLED屏、内存上处于全球领先地位,而日本限制出口的这三种材料,不但严重影响韩国产业的产能,甚至导致整个世界产业格局发生很大变化,可见,日本在半导体材料的地位是举足轻重的。
日本半导体材料为什么如此生猛? 首先需要了解半导体材料是什么。半导体材料,是一种存在导体与非导体之间的一种特殊物质,它的电阻率相对比较低。半导体材料的加工可以后可以制作出发光二极管、晶体管、集成电路以及电子管等,半导体材料对通讯、计算机、网络等很多行业发展起着决定性作用。
上世纪40—50年代,晶体管和集成电路诞生在美国。二战后的美苏冷战时期,美国战略上为应对苏联威胁,对日本半导体产业提供了慷慨的援助。而美国对日本的“技术慷慨”重要原因是美国根本没把日本当成竞争对手,最终让日本半导体产业获得快速发展。
当时,日本的工程师被允许频繁参加各种国际会议、访问美国的半导体公司,日本技术人员能够比较自由地接触到美国半导体生产现场,而此时中国的半导体产业却始终受到美国的出口管控。
美苏冷战格局,让日本趁机成功地从美国持续不断地引入半导体领域的先进技术,并凭借开发出大量的民生产品获得了对美国半导体领域的竞争优势。
特别是在有机硅产业方面,二战后,日本开始接触到美国有机硅产业,日本的东芝、信越化学和岛津三个公司分别展开有机硅工业化技术研发工作。1952 年,信越化学公司采取粉末触体搅拌式直接法完成了单体模型试验,有机硅产品开始打入国际市场,日本有机硅产业由此强势发展。
日本信越化学是全球最大的硅圆片制造企业,能够制造出99.999999999%的纯度与均匀的结晶构造的单晶硅,日本的技术在全球处于领先水平。
1953 年,日本信越化学公司获得了专利权持有者—美国通用电气公司(GE)的 “专门技术” 使用权, 同时又拿到了日本通产省的硅橡胶工业化补助金。特别是在1957 年,日本和 DC 公司签定了相关产品的专利使用权协议, 1960 年开始正式生产高纯度硅、醋酸乙烯单体、聚乙烯醇,有机硅系列业务开始进入快车道。
信越化学借助于政府的工业化补助金,大力展开研发,独自开发了诸如新型结构的聚氨醋用匀泡剂、加成型液体硅橡胶等新硅橡胶产品,大幅提升了公司市场份额。
1960 年 3 月,信越化学公司的有机硅产品全球销售额首次突破一亿日元大关。此后,信越化学公司的有机硅单体产量,仅次于美国的 GE、 DC 和 UC 三大公司,一举跃居全球第四位。
值得一提的是,凭借信越化学的快速发展,1960-1970 年日本的有机硅产量增长接近了惊人的 6 倍,日本有机硅完成了从弱到强的华丽转身。
1967年,美国DC、GE 公司在有机硅单体合成及水解方面的专利在日本相继失效,美国公司又于1967、 1971年分别与东丽和东芝公司合办了东丽有机硅公司和东芝有机硅公司,该两家公司与信越化学形成了三足鼎立的局势。信越化学作为 “国产技术” 的典型代表,采取了多项措施稳固了国产有机硅的地位,让信越化学在与美国企业的竞争中逐渐取得优势。
1970-1986 年,日本有机硅产量从约 6000 吨增长至超 60000 吨,产量大幅增长超过 10 倍。日本有机硅完成了对美国的全面反超,同时,日本有机硅产品输入36亿日元,输出37亿日元,日本也完成了从有机硅输入国到输出国的重要转变。
信越公司共设有七家研发中心:有机硅电子材料研究中心、先进功能材料研究中心、磁性材料研究中心、新型功能材料研究中心、半导体材料研究中心、特种化工材料研究中心和 PVC 研究中心。
日本政府在行业发展前期给予的多种优惠政策及补贴功不可没。特别是通产省 1989 年再次制定了投资160亿日元的“硅类高分子材料研究开发基本计划”,在日本政府的大力投入下,信越化学一步步地发展壮大成了世界最大的半导体材料制造商。
日本依靠长期推进的工业化的雄厚技术积累,迅速发展成自己的IC生产基地,迅速扶持培育出“尼康”、“佳能”等制造光刻机等IC生产设备的企业,成功实现了独立自主、相互衔接的包括“材料—晶圆—设备—制造—封装测试—应用” 等环节的全产业链。
90年代,日本信越化学的有机硅业务在全球竞争中占据了绝对优领先势,并且开始国际化扩张,分别在:台湾、美国、新加坡、荷兰建立了分公司与工厂。比如1998年开始光刻胶的企业化、2007年开发RoHS限制对应光隔离器并共同开发了凸版印刷和最尖端光刻掩膜版、2008年开发世界最大级别的永久磁铁式磁电路。2015年 6月宣布与中国最大的光纤生产企业合资成立公司,投资 125 亿日元在湖北省建设光纤材料“光纤预制棒”的生产厂。
虽然目前日本半导体行业看上去“日薄西山”,特别是日本从“台前”走到“幕后”。但是,不要忘记,瘦死的骆驼比马大。日本企业在全球仍然保持绝对优势。半导体属于技术密集型产业,业内认为得核心技术者得天下,越往上游,核心技术越密集、且越高端,特别是在半导体材料和设备领域,日本在高端领域仍然占据强大的优势。
据 SEMI 推测,日本企业在全球半导体材料市场上占据的份额达到约52%,而北美和欧洲分别占15%左右。日本的半导体材料行业在全球占有绝对优势,特别是在硅晶圆、光刻胶、键合引线、模压树脂及引线框架等重要材料方面占有非常高份额,假如没有日本半导体材料企业,可以说全球半导体制造都将大幅受挫。
全球的半导体材料几乎已经被日本企业垄断,比如闻名遐迩的日本信越、SUMCO(三菱住友株式会社)、住友电木、日立化学、京瓷化学等。作为 IC 电路板硅片的领导企业,信越始终奔驰在大口径化及高平直度的技术最尖端,并且是全球最早研制成功最尖端的 300mm 硅片的公司。
日本在光刻胶上独领风骚。业内都知道,光刻胶专用化学品生产壁垒非常高,国产化需求十分强烈,化学结构很特殊、并且保密性强、用量少、对纯度要求高、生产工艺非常复杂、品质要求十分苛刻,生产、检测、评价设备投资非常大,技术需要长期的积累。至今,全球光刻胶专用化学品主要被日本合成橡胶(JSR)、东京应化(TOK)、住友化学、美国陶氏等化工寡头所垄断。
因此,日本在半导体设备和材料领域,经过多年的投入、研发、技术、人才的积累,让日本至今在这个产业上有着极强的话语权。
再回到日韩矛盾上,日本限制出口了三个韩国短期之内难以找到替代的材料:比如用于将电路图案转移到半导体晶片上的光刻胶;在芯片制造过程中用作蚀刻气体的氟化氢;用于智能手机显示屏的含氟聚酰亚胺。
韩国的一家芯片制造商发言人曾经表示:“日本这些材料,我们无法迅速地在其他地方找到,也根本买不到。即使在日本之外找到替代品,我们也必须对其进行测试,以确保质量足够好,能够生产出高产量的芯片。重要的是,这三种材料中的两种是不能储备的,特别是氟化氢是剧毒气体,而光刻胶则会变质。氟化氢还能够从中国进口,但是光刻胶和含氟聚酰亚胺是真的很难找到替代产品。”
据日本媒体报道,日本生产的含氟聚酰亚胺约占世界总产量的90%,而且,它还占据着全球大约90%的光刻胶产量。韩国工业数据显示,2019年前五个月,韩国从日本进口了 1.44 亿美元的光刻胶、氟化氢和含氟聚酰亚胺。
日本针对韩国限制供应的三种材料中,除氟化聚酰亚胺主要是用于液晶显示器的制作工序以外,氟化氢禁售成为对韩国的半导体产业最致命的一击!
三、超高精度机床
高精度机床被称为工业之母。假如一个国家工业,如果缺乏这个,再强大也是虚胖。在高精度机床方面,日本占据绝对优势,比如美国先进的F22战机就是由日本SNK(新日本工机)的5轴龙镗铣机床加工生产的。
日本最牛的超高精度机床公司yamazaki mazak(日本山崎马扎克): 曾经被瑞典皇家科学院评出的世界最佳公司、英国本地最佳工厂兼出口成就奖、美国制造工程师学会惠特尼生产力奖获得者、美军US.ARMY岩岛兵工厂联合制造技术中心的机床供应商及机械师培训方、波音集团的最佳机床设备供应商等等。mazak最拿手的地方,当属machining center(加工中心)。
全球超精密加工领域中精度最高的母机,来自于日本捷太科特Jtket的AHN15-3D自由曲面金刚石加工机,这个设备主要用来对各种光学镜头和蓝光镜片模具进行超精密车削及研磨。这台机床仅从加工精度上比全球三台军工神器——美国LLNL的LODTM和DTM-3、英国CUPE的OAGM2500还要高出接近8倍,高精度水平十分惊人。
全球70%的精密机床:全部搭载着由日本Metrol研制的全球最高精度的微米级全自动对刀仪。
全球唯一一台突破纳米级加工精度的慢走丝电火花加工机来自——日本sodick(沙迪克) :sodick将电火花式加工与水刀式加工结合成功开发出全球首台混合动力线切割放电加工机。
值得一提的是,在全球任何尖端工业机械上都不可缺的传动部件上,日本HDS的高精密、大扭矩、轻量化、回力小的谐波减速机在全球拥有4成以上份额,特别是NASA、空中客车公司、蔡司外科手术镜等都是依靠它来传递反馈设备的停走、动力转向、精度定位。
日本amada :在2000年推出的畅销欧洲的astro-540 interpro机型基础上,开发出了全球首台将激光溶接-成型-攻丝-折弯4项钣金制造工序集成于一体的复合钣金加工机LASBEND-AJ。
日本的双主轴双刀塔车床的典型代表——okuma(大隈株式会社): okuma最令人称赞的是这家公司是世界机床界中唯一的“全能型制造商”,大隈株式会社几十年来始终坚持从核心部件(驱动器、编码器、马达、主轴等)到数控操作系统到终端,全部由自主设计开发完成,真正实现了技术上的软硬兼备。
德国权威机械技术杂志maschinemarket曾经将最佳革新技术奖连续授予okuma的Machining Navi自动加工导航技术和多层狭缝永久磁铁磁阻电机prex motor。
日本的松浦机械 :几乎霸占了欧洲高端发动机加工,自始至终都是著名超跑法拉利、布加迪威航的重要客户。
日本生田产机 :中国高精尖科研设备铜材主要提供商,国家重点扶持机构中铝洛铜曾经向购买一整条伸铜双面铣面切削生产线。全球几乎所有的汽车品牌上的铜材的加工过程都要利用日本生田产机的设备完成。
高精度的床要把每个部件都做的很到位,不能存在一点误差,也不允许存在一点点的失误,总之每个细节,每个部件,每个结合,每个制作都要做到极致才能成为一个合格的高精度机床。
日本经济学家长谷川庆太郎曾发表过一篇文章,文中观点认为中国的经济发展受制于日本,认为“没有日本的机床,中国的汽车产业将寸步难行”。
长谷川庆的文章激起无数国人的愤怼。确实,我国工业基础薄弱,机床发展起步也较晚。在至目前,我国的数控品牌设备在机器寿命、刚性、尺寸稳定性、精确度上还存在有较大差距。
虽然如此,我国仍然是当今世界的机床制造大国,我们的数控系统在性能、功能和成套化应用方面都取得了比较大的进步,特别是低档数控系统以物美价廉的价格赢得了不少市场份额,在高档数控系统方面已实现了五轴联动功能,逐渐挺进高端市场。
四、工业机器人
全球目前投入使用的机器人大约有95万台,其中日本就占了38%,位居世界各国之首,占据了全球机器人产业的半壁江山,日本机器人不但技术先进、而且品种齐全,先进机器人企业更是多如牛毛。
日本历来拥有”机器人王国“的美誉,日本是全球最大机器人的生产大国和出口大国,早在2014年之前就是全球最大的应用国及消费国(但在目前已被中国取而代之)。
机器人技术起源于美国,却最终在日本实现了产业化及规模发展,现如今,日本制造的工业机器人无论在技术上还是应用上,都处于世界领先水平。
全球机器人四大家族:日本发那科,安川电机,瑞典ABB,德国库卡。其中,日本的发那科成为全球工业机器人销售记录保持者、利润保持者、技术领导者。
工业机器人具有三大核心零部件关键性技术:一是控制器(控制技术),二是减速机技术,三是机器人专用伺服电机及其控制技术。
机器人一线厂家包括:发那科(Fanuc 日本)、安川(Yaskawa 日本)、ABB(瑞士)、库卡(KUKA 德国)。 二线厂商包括Comau(意大利)、OTC(Daihen旗下 日本)、川崎(Kawasaki 日本)、那智不二越(Nachi-Fujikoshi 日本)、松下(Panasonic 日本)等等。可见,无论一线还是二线,日本都占据垄断性地位。
五、精密仪器(包括精密设备)
日本在高精密仪器具有全球一流水平,并且具有深厚的技术积累和研发实力。比如韩国的三星是手机OLED屏幕的大哥大,并牢牢控制着OLED屏技术性能水平和出货量全球第一的宝座。市场上高端旗舰手机几乎都必须采用三星的高清OLED屏才能符合旗舰机的定位,尤其在最高端的QHD甚至分辨率更高的WQHD(2560x1440)的OLED领域,三星仍然独领风骚。但不要忘记的是,在三星高分辨率OLED屏领域背后,却是以日本设备厂商的强大实力做支撑。
手机OLED显示屏生产中最重要的设备——蒸镀机。这台设备就是完成OLED屏最重要的一道工序——蒸镀。在世界上,只有采用日本Canon Tokki公司生产的蒸镀机才能蒸镀出最高品质的OLED屏幕。
岂不知日本的Canon Tokki公司在研发OLED蒸镀工艺时,由于工艺十分复杂,优良率太低,使得投资Canon Tokki公司的几十家厂商知难而退、纷纷退出,从而导致Canon Tokki公司差一点破产。当时看好OLED屏在手机领域应用前景的只有韩国三星,因此,韩国三星也是咬紧牙关继续在Canon Tokki公司身上下订单,帮助了Canon Tokki公司走出困境,最终蒸镀机的工艺改良成功,OLED屏不但优良率上升,而且成本下降,重要的是还能大规模普及,最终三星也才凭借OLED屏成了手机屏幕的霸主,当然日本的Canon Tokki公司功不可没,起到了关键性作用。
就像生产最先进性制程必须拥有AMSL的光刻机一样,要想生产最高品质的OLED屏幕,必须拥有Canon Tokki公司的蒸镀机。而三星凭借和Canon Tokki公司的特殊关系,始终垄断着Canon Tokki公司全部蒸镀机的产量,由此一直垄断着全球OLED屏幕老大的地位。直到近些年Canon Tokki公司扩大了产能,中国的京东方才有了购买Canon Tokki公司蒸镀机的可能。但即使购买到了最先进的蒸镀机,还需要研发生产工艺、逐步提升优良率及产能。
在蒸镀工序中,除了需要日本的蒸镀机,还需要一个十分重要的小零部件——蒸镀掩膜板。恰恰是这个小部件,决定了最终面板的分辨率,及生产OLED面板的优良率。
原因是这个掩膜板上的小孔对应的是蒸镀到屏幕上的像素点,因此,孔越小密集度越高,生产出来的OLED面板分辨率越高。要想生产能够达到WQHD分辨率的OLED屏幕,尤其需要精度达到10~20微米等级的掩膜板。而在全球市场上,只有一家日本公司——大日本印刷,才能生产出这种最高精度的蒸镀掩膜板。问题是这家公司的产量也同样全部被三星所垄断,造成其它国家的竞争对手根本无法生产WQHD等级分辨率的OLED屏幕。最终,三星就是凭借这个最高精度的蒸镀掩膜板,才生产出全球最高分辨率的OLED屏。
为什么这种高精度蒸镀掩膜板只有一家公司能生产呢? 原因是用到一种特殊的金属原材料——超因瓦板。因为掩膜板要经过蒸镀的高温环境,因此比较容易变形,而只有热膨胀系数接近0的超因瓦板,才能生产出符合技术要求的高精度蒸镀掩膜板,而这种特殊材料同样也只有唯一的一家日本公司——日立金属才能生产出来。而日立金属的产品也和同样三星签订了独家供货协议,因此,三星依靠垄断生产最高分辨率OLED所需最关键的日本公司的设备、零件和材料,才生产出清晰度最高的WQHD OLED屏幕。
日本和德国一样都是后起工业国,都走了一条自上而下的工业化道路。比如德国人的习惯就是对一切都喜欢采取程序化,而且使用数字使之绝对精确化。日本人更是如此,日本人喜欢在过程中对一切细节都精细化,成品丝毫不马虎,可见日本的工匠精神让日本的精密仪器精益求精。
比如日本在声、光、图像、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件的超精密加工技术方面,具有绝对领先的技术优势,甚至超过了欧美发达国家。日本超精密加工最初从铝、铜轮毂的金刚石切削开始,到集中于计算机硬盘磁片的大批量生产,然后是用于激光打印机等设备的多面镜的快速金刚石切削,之后是非球面透镜等光学元件的超精密切削,技术都十分先进。
比如世界上能够提供规模化且性能可靠的精密减速器生产企业不多(虽然精密减速器不是精密仪器),绝大多数市场份额都被日本企业占据:日本的Nabtesco的RV减速器约占60%、日本的Harmonica的谐波减速器约占15%、日本的住友重工(SUMITOMO)。特别是在机器人领域的应用比例,同样是压倒性的。
可以说,日本人无论是精密仪器、还是精密零部件上,其精密度也只有德国人能够相媲美。
比如日本HDS的高精密大扭矩轻量化回力小的谐波减速机,在全球拥有4成以上份额。日本的NASA空客蔡司外科手术镜等都是靠它来传递反馈设备的停走动力转向精度定位。
世界最精密光学天象仪——来自日本五藤光学。这台当今世界上最先进的光学天象仪能准确投影1亿4千万颗恒星,五藤光学和柯尼卡美能达加起来在此领域已握有全球7成左右份额。
日本中小型企业mitaka kohki(三鹰光器),利用自己独步全球的尖端技术占据了美国外科手术镜市场的7成份额,目前在售的Leica M系脑外科手术镜就是在三鹰光器的技术授权基础上开发出来的。
日本的鹤见精机,是全球仅有的两家掌握在海洋气侯海事等领域极为重要的精密测量仪器制造技术的厂商。
日本的daido steel出品的商飞引擎用传动轴和船舶柴油引擎用开关阀分别占到了全球36%的份额,尤其是在传动轴市场是当之无愧的全球第一。空客及波音在2010年到2025年期间要从日本东丽进口价值21-32亿美元的碳纤维材料。
日本的天田FOL3015AJ SNK(新日本工机)的5轴龙镗铣在美国后勤车间对F22的发动机和kc135加油机的机翼进行超精密加工(以上介绍过)。
日本的松浦机械MAM72-42V五轴立式加工中心,对布加迪威龙W16引擎缸体的切雕加工。
日本的松浦机械MAM72-63V五轴立式加工中心对法拉利V8引擎缸体加工。
日本岛精机出品的电脑横机,在崇尚高端时装的欧洲人眼里被称为针织机械界的“劳斯莱斯”。
全球粉体装备老大——日本Hosokawa micron(细川密克朗)。假如Hosokawa micron的粉体微粒加工机械出现停产,全球各大医药糖果点心商的生产车间也将随之面临瘫痪状况。细川密克朗的粉体加工机械是全球著名医药企业辉瑞,罗氏,诺华,阿斯利康,葛兰素史克等全球制药大厂的御用设备。
医疗硬件的巅峰——全球仅有的6台投入使用的重离子癌放疗设备有5套在日本1套在德国,欧洲最大规模肿瘤科的德国海德堡大学医院都在利用日立的质子束放疗设备。
尼康NSR-S621D,为全球首台达到14nm节点制程能力的光刻机生产CPU芯片。
全球唯一一台突破纳米级加工精度的慢走丝电火花加工机——来自日本沙迪克。
全球70%的精密机床都搭载着由日本Metrol研制的世界最高精度的微米级全自动对刀仪。
日本的片冈机械,在内燃机超大型活塞环的专用精密加工母机领域拥有全球60%份额,被全球23个国家的各类工业厂商广泛使用。
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