晶圓廠戰爭 — 如何以晶圓廠及特種半導體技術致勝
如今，由於挑戰競爭對手和全球不斷變化的半導體市場，許多半導體公司如高通，Socionext和恩智浦都沒有任何代工廠來降低運營成本。他們將生產外包給台積電，GlobalFoundries（GF）和聯華電子等代工廠。然而，在全球半導體市場的主要參與者中，如三星，美光和英特爾，擁有許多CMOS工藝專利和技術優勢，仍然擁有自己的晶圓廠。他們的生產經驗和CMOS工藝技術仍然有助於縮小他們與無晶圓廠對手之間的差距。
在這些擁有晶圓廠的主要廠商中，索尼，瑞薩和羅姆等公司都是日本公司，他們在具有較高邊際利潤的特殊半導體產品市場中具有競爭力，如圖像傳感器[1, 2]，微控制器[3, 4, 5] 和分立式半導體元件 [6] ，這些特殊半導體產品市場具發展前景 [1, 2, 3, 4, 5, 6]。這意味著成為無晶圓廠有助於但不能保證在全球半導體市場中贏得競爭。這些擁有晶圓廠的日本主要廠商需要以其他方式支持其未來發展。
在本文中，計劃建立一家名為X的晶圓代工公司。 X將幫助日本半導體公司在未來成為全球市場的贏家。
如何建立X？在我看來，首先從Panasonic收購49％的TPSCO（Towerjazz Panasonic半導體有限公司），然後與Towerjazz談判成立一家名為X的合資企業將保留TPSCO的所有資產，包括其三個晶圓廠和技術專利。 Towerjazz，日本政府（INCJ或DBJ）和其他日本公司之間的X股份安排遵循先前出售東芝記憶公司（現稱鎧俠控股 Kioxia Holdings, 文中稱 Kioxia ） [7] 的協議。這意味著Towerjazz將成為主要股東並擁有49％的X股 (同時為最大股東)，而日本政府（INCJ或DBJ）和其他日本股東將擁有其餘51％的X股。日方可以額外的財政和技術支援來協助Towerjazz，以說服對方與日本政府達成關於X的協議。
為什麼選擇TPSCO但不選擇其他晶圓廠？接下來的幾段將解釋這一點。
首先，許多日本主要參與者在特定半導體設備市場中具有優勢。索尼CMOS圖像傳感器（CIS）在全球半導體市場佔據主導地位 [8] 。晶圓是圓形的，但傳感器是長方形的，因為不能完全密鋪，所以晶圓上的面積不能盡用。傳感器面積愈大，晶圓面積浪費得愈多，所以生產中的像素產率要求極高 [9] 。基於智能設備和互動應用等對CIS的大量需求 [10] ， CIS產品是索尼保持盈利的重要支柱 [11] 。索尼還收購了300mm晶圓廠及加大投資，以提高CMOS圖像傳感器的生產能力 [12, 13, 14] 。瑞薩已開始在其中一款微控制器 [15] 中使用超低功耗65nm矽薄膜氧化矽（SOTB）工藝。 SOTB工藝是一種特定的SOI CMOS工藝，可實現超低功耗 [16] 。這將適用於能量收集應用和IOT（物聯網）設備中使用的芯片，長時間不使用電池。 SOI芯片在更先進的微細化技術中實現了低功耗和更少的初始生產設備投資 [17, 18] 。這為半導體公司提供了更具成本效益的技術平台。 GF甚至使用其完全耗盡的SOI工藝開發製程和生產芯片 [19] 。集成功率器件還可廣泛用於各種應用，如未來的電動汽車和火車[20]。他們需要替代技術支持來加速他們的研發（R＆D）流程，以降低功耗並降低生產成本。 TPSCO是一家成功的代工廠，提供特殊的CMOS工藝解決方案，用於圖像傳感器，低功率絕緣矽（SOI）和功率器件 [21] 。
TPSCO的競爭力基於其相關技術專利和研發工程師。通過向日本主要半導體公司授予TPSCO技術專利許可，他們將能夠更快地推出他們的產品。搶先發布新產品是全球半導體市場取得勝利的其中一關鍵因素。
有些人可能認為從X許可的技術專利可能很容易被洩露。但是，X可以通過諸如保密協議（NDA）等措施將技術秘密洩漏的風險降至最低。還要求日本公司僅在日本指定的晶圓廠使用X的專利來生產其產品。
其次，TPSCO擁有圖像傳感器，SOI芯片和集成功率器件的製造經驗。 X是純晶圓代工廠商，只能通過其代工服務獲得收入。半導體公司不必擔心X會與它們競爭 [22]。他們還可以自由地將他們的專利許可給X以生產他們的特定芯片產品。通過向這些公司提供晶圓代工服務，日本半導體公司的生產成本也可以降低。因此，他們的產品可以更具競爭力。
第三，此前，松下公司（Panasonic）正在積極開發更加微細化的CMOS工藝 [23]。後因改善旗下半導體部門的財政體質，其晶圓廠已於2014年出售給TPSCO，Towerjazz和松下的合資公司 [24]（Towerjazz 51％，松下49％）。如果INCJ可以從松下收購49％的TPSCO（Towerjazz Panasonic半導體有限公司）股票並設立X，松下可以為其他具盈利能力的業務部門獲得更多資金，這可以使其利潤得以最大化。在此之後，X的股東將不會包括任何芯片製造商，如松下和瑞薩等，這鼓勵更多的公司將他們的芯片生產外包給X而不用擔心他們的技術機密洩漏 [22]。
第四，為了分擔設備投資和先進技術研發的成本增加，日本政府已開始與其他國外利益相關者合作，支持其國內半導體產業。 TMC就是一個很好的例子 [7] 。 TPSCO目前無法使用小於45nm的工藝生產芯片 [21] 。然而，通過為CMOS設備提供高附加值的代工服務，為客戶帶來更好的盈利能力，Towerjazz仍然是一家有盈利的公司，擁有令人滿意的財務記錄[25]。與三星和台積電等對手不同，TPSCO最初並沒有迫切需要投資昂貴的生產系統。結果，可以有效地控制風險和成本。這說明Towerjazz是建立X的好夥伴。
第五，許多日本主要的芯片製造商，如瑞薩和索尼都依賴台積電生產採用40納米CMOS工藝製造產品的產品[27, 28]。然而，台積電大多數先進晶圓廠都位於台灣，那裡容易發生地震。地震導致昂貴的先進機器的損壞和芯片生產的延遲。晶圓廠及其設備的維修可能需要數月 [26]。瑞薩及Sony等公司也將生產外包給一間或以上代工廠 [27, 28, 29] 。這意味著多晶圓廠模式對於降低自然災害造成的業務風險至關重要。
第六，技術許可證是半導體公司的另一個更重要的收入來源。 ARM控股（ARM）等半導體公司，通過技術授權設計而不是產品來賺取收入。當公司將其芯片（使用ARM許可的設計）外包給TSMC等代工廠時，他們需要向ARM [30]支付許可證。如果瑞薩從其他芯片製造商那裡獲得更多收入，將採用SOTB技術的芯片生產外包給X，那將為開發40納米或更少的先進CMOS工藝帶來額外資金。
然而，由於市場和需求的快速變化，X仍需要在未來投資更具成本競爭力和先進的微觀細化技術。為了進一步開發X，一些戰略合作夥伴可能很有用。在我看來，最好的戰略合作夥伴是Kioxia 。選擇Kioxia作為未來戰略合作夥伴的優勢如下：
Kioxia 是一家先進的記憶體生產商，其多晶矽CMOS工藝技術平台低至15nm [31] 。 28納米或更小的微精細技術平台可以成為X即將推出的半導體工藝技術的基礎，用於CMOS圖像傳感器和超低功耗的微控制器。
東芝和 Kioxia 在使用納米壓印技術的芯片生產方面擁有研發和生產經驗[32, 33]。當使用更多微細加工技術時，這可以降低成本[34]。這將有可能使X的晶圓代工業務更具競爭力。
如今， Kioxia生產記憶晶片仍然有利可圖，但其利潤可能會受到記憶晶片價格的影響[35]。所以記憶晶片生產商也有其他收入來源。海力士還正在發展晶圓代工業務[36] 。通過將Kioxia專利授權給X，X的客戶在其芯片中使用Kioxia技術時需要支付TMC專利許可。
最後，我的想法旨在建立日本晶圓廠X，該代工廠旨在通過晶圓代工服務和專利轉讓幫助日本半導體公司。通過引入合適的研發合作夥伴，X將有助於日本半導體企業的持續勝利。
最後作為香港人，望義士皆平安，光復XX，時代XX。
[1] https://www.lightstalking.com/sony-dominates-image-sensor-market-share-in-2019/
[3] https://www.icinsights.com/news/bulletins/NXP-Acquires-Freescale-Becomes-Top-MCU-Supplier-In-2016/
[4] https://www.eettaiwan.com/20200604nt61-china-speeds-the-process-for-self-sufficiency-of-mcu/
[6] https://zhuanlan.zhihu.com/p/128566870
[7] https://global.toshiba-memory.com/tmchd-news-20190301-1-e.html
[8] https://finance.technews.tw/2013/12/18/sony-invest-more-moeny-in-cmos/
[10] https://semiengineering.com/cmos-image-sensors-cis-past-present-future/
[12] https://www.renesas.com/jp/en/about/press-center/news/2014/news20140129.html
[13] https://www.sony.net/SonyInfo/News/Press/201512/15-1204E/index.html
[14] https://www.ettoday.net/news/20191111/1577049.htm
[16] https://www.renesas.com/us/en/solutions/key-technology/sotb/process.html
[17] http://www.semiinsights.com/s/electronic_components/23/35846.shtml
[19] https://www.globalfoundries.com/cn/technology-solutions/cmos/fdx/22fdx
[20] https://tetsudo-ch.com/7520689.html
[21] https://tpsemico.com/technology-portfolio/
[22] https://buzzorange.com/techorange/2019/07/25/samsung-tsmc-chip/
[23] http://www.fabtech.org/news/_a/panasonic_and_renesas_use_hkmg_with_ultra_low_k_for_32nm_soc_devices/
[24] https://fnc.ebc.net.tw/FncNews/else/76574
[25] https://towerjazz.com/investors/2018-annual-report/
[26] https://archive.eettaiwan.com/www.eettaiwan.com/ART_8800648510_480202_NT_d83158d9.HTM
[27] https://www.digitimes.com.tw/tech/dt/n/shwnws.asp?cnlid=13&id=0000285414_3P15Y3ZK0KZAWX5ZB5MXT
[28] https://udn.com/news/story/7240/4680936
[29] https://www.design-reuse.com/news/36442/sony-fdsoi.html
[31] https://business.kioxia.com/en-apac/news/2016/20160217-1.html
[32] https://about.kioxia.com/en-jp/rd/cutting-edge-researches/technology-topics/topics-8.html
[33] https://global.canon/en/news/2017/20170720.html
[34] https://chinaflashmarket.com/Producer/kioxia/News/153008
[35] https://finance.technews.tw/2020/04/16/sk-hynix-q1-profit-prediction/ [36] https://finance.technews.tw/2019/04/23/sk-hynix-will-buy-magnachip-foundry/
更新: 在2019年11月28日, 台灣微控制器廠新唐科技宣布以2.5億美元收購松下(Panasonic)半導體公司 (PSCS)。預計在 2020 年 6 月完成收購後， PSCS 旗下員工及相關專利技術，包括 TPSCO (松下與高塔半導體合資) 的49%股權都將納入新唐手上。但因其他半導體公司會擔心新唐會成為 TPSCO 股東，令他們為防止潛在技術機密外流風險而轉換代工廠，進而減少TPSCO 收入。故筆者認為 PSCS 持有的 TPSCO 股權可暫時由Panasonic 保管, 但最好都由日本開發銀行 (DBJ) 等基金出資收購，以逹成文中的策略。同時台積電已積極準備使用40奈米或以下製程技術，為索尼生產影像感應器，故在晶圓代工業務上對Towerjazz會有更大威脅。為了取得更多技術及財政支援，Towerjazz 最終有可能改變原本計劃，不再堅持一定要持有TPSCO的51％ 股權[37]。
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