这家拥有80年历史的日本公司，是未来芯片的关键
2021-06-30
14:01:18
来源: 半导体行业观察
来源：内容来自半导体行业观察综合，谢谢。
据彭博社报道，一家在 80 多年前开始制造机械用砂轮的日本公司认为，它是帮助制造商制造更纤薄、功能更强大的半导体以驱动下一代手机和先进计算机的关键。
Disco Corp. 的机器可以将硅芯片研磨成近乎透明的薄度，并将头发尖端切成 35 个部分。这种专有技术将使芯片制造商能够在称为 3D 封装的过程中将集成电路堆叠在一起，从而实现更小的芯片占用空间、更低的功耗和更高的各个部件之间的带宽。
“想象一下，必须把一个羊角面包干净地切成两半，”迪斯科的首席执行官 Kazuma Sekiya 在接受采访时说。“这需要一种特殊的刀和相当可观的工艺。”
半导体行业长期以来一直依赖摩尔定律作为芯片技术突破的模型，但随着台积电等领先企业迁移到越来越小的节点，制造商现在正在接近他们在硅片上塞入更多晶体管的能力的物理极限。作为 3 纳米。这促使制造商转向 3D 封装等解决方案以提供优势。Sekiya 说，Disco 的技术已经酝酿了四到五年，终于可以投入实际使用了。
该公司的首席执行官表示，Disco已经出货的少数专用机器，且产品毛利率非常高。在这个事情上，他们没有提供细节。但我们知道，切片机通常用于在制造过程结束时从芯片上切割单个芯片。他补充说，在此过程中更早地切片更多芯片，因为单位价格更高，从而提高了 Disco 的收入，但拒绝给出具体时间表。
Macquarie Group Ltd. 的分析师 Damian Thong 表示：“由于对精密研磨和切割设备的需求，Disco 的增长速度是半导体行业的两倍。” “在过去的 40 年里，他们致力于各种可以想象的切割应用，因此他们为下一次向 3D 集成和封装的转变做好了准备。”
一些存储芯片和图像传感器——将光转换为 1 和 0 的设备——已经利用了垂直集成。台积电表示，今年将把其 300 亿美元资本支出预算中的约十分之一用于先进封装和掩蔽技术。
Sekiya 的祖父于 1937 年创立了这家公司，目的是在日本战前军事集结期间根据研磨设备的需求获利。战后，Disco的砂轮被用于研磨电表的磁铁和切割钢笔笔尖。1974 年，东京大学委托它切割阿波罗 11 号任务带回的月球岩石。
它于 1969 年开设了美国办事处，也就是英特尔公司成立一年后和微芯片革命的曙光。Disco现在是半导体生产不可或缺的众多鲜为人知的日本公司之一。根据野村证券公司的数据，它控制着 81% 的研磨机市场和 73% 的半导体切割机市场。
Disco 上一财年的收入增长 30% 至 1829 亿日元（16.5 亿美元），而利润增长近 46% 至 531 亿日元。两者均创下历史新高，部分原因是制造商在全球芯片短缺的情况下竞相增加供应。Sekiya 表示，需求仍然没有减弱的迹象，Disco 正在广岛和长野县购买土地以扩大工厂。
据日经报道，位于东京大田区的迪思科总部在某种意义上或许称得上是最尖端半导体的集聚地。从事半导体晶圆加工装置业务的该公司，总是源源不断地接到半导体厂商等委托其进行新元件“实验加工”业务，设计出新元件之后，首先要找迪思科咨询加工方面的问题，这已成了该行业公认的惯例。
迪思科在半导体晶圆加工装置领域建立了坚如磐石的地位。在以刀具切割晶圆的切割机、用于研削用途的研削机以及用于研磨用途的抛光机三个领域，该公司的全球份额各达到了约70％。
在迪思科，利用激光的能量切割晶圆或进行内部改质的激光切割机正逐步变成新的业务支柱。激光切割机可应用于普通切割机难以应付的材料，包括半导体的低介电常数膜（low-k膜）等脆弱材料，以及LED的蓝宝石基板等硬质材料等，因此这种切割机的需求正在快速增加。通过迅速满足这种最尖端材料的需求，迪思科同样在激光切割机领域获得了约70％的压倒性世界份额。
激光切割机在切割用途上与普通切割机相似，但为达到切断目的而采用的技术则完全不同。在涉足激光切割机领域之前，迪思科在激光器及光学系统方面基本上没有积累任何技术。
迪思科代表董事社长兼技术开发本部长关家一马表示，迪思科在涉足该领域时并没有丝毫犹豫。其原因是，该公司站在“切”、“削”、“磨”的技术角度，而不是半导体晶圆加工装置等产品角度，定义了经营方针中的业务领域。该公司根据以罗马字表示时三种技术的首字母缩写，将其称为“KKM”（Kiru（切）、Kezuru（削）、Migaku（磨）的日语罗马字表述的第一个字母）。
关家说：“如果没有KKM概念，就会认为自己不具备激光器及光学系统的技术，所以无法开发激光切割机，也许会对涉足该业务犹豫不决。”其实，在确定KKM的概念之前，关家和其他很多员工一样都深信公司的优势是看家业务——砂轮。如果认为自己的优势是砂轮，就会觉得激光切割机不是本行业。但是，经营方针是以KKM为业务领域制定的，从这一点考虑，涉足激光切割机业务又是必然之举。
公司内部不具备激光器及光学系统的技术也不是大问题。激光器及光学系统只是切割工具而已。迪思科将“切”视为业务领域之后，非常重视切割结果的“评估轴”。该公司通过切割机业务，确立了由工件、加工装置、加工条件、加工结果的关系构成的评估轴。
当然，其他竞争公司也拥有相当于评估轴的体系。但迪思科在评估轴的广度及深度方面拥有充分的自信心。专注于KKM的该公司技术人员从自己的存在意义出发，为实验加工及加工装置的开发作出了努力，使得迪思科可根据公司内部的评估轴判断加工结果的好坏，不仅能够缩短评估所花费的时间，还可以提出合适的加工装置方案。而其他竞争公司不少情况下会让客户自己做出最终判断。
如果站在客户的立场，就会选择迪思科。这样，该公司便通过实验加工的方式最先获得了最尖端工件的相关信息。并形成了一个循环：根据获得的信息开发新技术和加工装置，然后提供给更多的客户。通过这种循环，该公司的评估轴也不断获得强化。
迪思科涉足激光切割机业务的机会也是由这样的循环带来的。最先使用激光切割机的工件是半导体的low-k膜。
当时，LSI（大规模集成电路）领域不断实现布线多层化，各层之间的绝缘也随之成为课题。low-k膜作为绝缘材料而备受关注。但low-k膜大多使用多孔材料来绝缘。像切割硅一样用切割机切割这种含有很多小孔的low-k膜时，遇到了因为被压扁而无法完全切断的问题。
在这种情况下，海外的大型半导体厂商便委托迪思科开发使用激光器的切割装置。具体方案是，通过将激光能集中于low-k膜表面来使其升华蒸发的“烧蚀（Ablation）加工”，来切割并除去low-k膜，然后再用切割机切断整个晶圆。
接到这种业务委托之后，迪思科毫不犹豫地决定涉足激光切割机业务。从专业厂商那里专门订购激光头，聘用专业技术人员开发光学系统，通过这些措施迅速建立了开发激光切割机的体制。于是，该公司按照半导体厂商（委托方）的要求制成了激光切割机。但这家半导体厂商除了迪思科之外，还委托其他加工装置厂商开发这种装置，当时其他竞争公司拿到了这家半导体厂商的订单。
但对于迪思科来说，这并不是什么大问题。该公司开始向其他半导体厂商推销新开发的激光切割机。结果很短时间内就在激光切割机领域获得了压倒性的份额。而那家曾经领先的竞争公司则一直忙于应付大型半导体厂商的严格要求，并在扩大销路方面落在了迪思科的后面。关家坦言：“从结果来看，也有运气好的一面。”。
而且，最初委托迪思科开发激光切割机的半导体厂商，因生产一线平时用惯了迪思科的切割机等，便强烈要求采用该公司的激光切割机，所以几年后也开始改用迪思科的产品。这是为现有产品开发的用户界面等获得较高评价的结果。
后来，激光切割机又不断发展进步，既有可切断硅膜的机型，又有用一台（一种激光头）机器切割low-k膜和硅膜的机型。而且，还开拓了切割LED的蓝宝石基板以及硅膜内部改质（Stealth Dicing）等用途。关家透露：“目前已确认激光切割机适用于两种新用途。还能另外找到五种用途。”。
与其他加工装置一样，竞争公司也在激光切割机业务方面追赶着迪思科。甚至出现了模仿迪思科产品的动向。但关家并不介意。关家强调：“在该行业领先1～2年极为重要。只要能在这一期间处于领先地位，就能以较高的价格销售，从而收回开发投资。”
迪思科之所以能够领先于其他竞争公司，是因为如前所述，通过实验加工最先获得了最尖端的加工信息和材料信息。
延伸阅读：台积电赴日结盟让日本芯片业隐形冠军成焦点
日经新闻报导，随着台积电将在日本设立芯片研发中心，日本芯片产业的「隐形冠军」企业也跟著成为焦点，包括封装业者Ibiden（挹斐电）、材料供应商JSR和晶圆切割设备制造商Disco等多家半导体业者将与台积电合作，也反映日本半导体技术的高度集中，能吸引「晶圆代工一哥」前往。
对于东京官员来说，台积电赴日的行动代表是对日本投下「信任票」。许多由日本政府主导、支援创新的行动都未能促成重要的新业务，这次期望与台积电的结盟，提升日本在3D半导体技术的竞争力，让日本能走在芯片研发的前端。
日本经产省一名高层官员表示：「如果我们没有Ibiden，可能无法吸引台积电前来日本。」
这次台、日合作的核心位在茨城县筑波市产业技术综合研究所的一座无尘室，目标是研究3D芯片堆叠技术。这种技术能够降低传输资讯所需的能源量，降至2D结构所需能源的约千分之一，因此采用这种半导体的系统能够大量节能，数据中心也更具能源效率，并且提高人工智慧（AI）的表现。美国的英特尔、南韩的三星电子也都在这一领域竞争。
半导体的制造分为两大部分，前端制程在晶圆上形成电路图，后端制程则从封装涵盖到测试。日本半导体产业目前的强项是在封测，已放弃1980年代在前端制程所拥有的领先地位。
台积电今年2月宣布将在日本设立3DIC材料研发中心，日本经产省则在5月31日公布超过20家会与台积电合作的业者名单，被点名到的企业股价随后大涨。
Disco在晶圆切割机的市占约70%，芝浦机械（Shibaura Mechatronics）则为最先进的封装制程生产黏合机。Ibiden和新光电器擅长高性能封装基板，两家公司长期与英特尔有联合研发的纪录。
另外，JSR、东京应化工业和和其他日本业者也掌握全球光阻剂市场多数市占，光阻剂是一种用于在晶圆上蚀刻图案的光敏感材料。另外，信越化学是全球硅晶圆龙头厂，市占约30%，是台积电的合作伙伴之一。
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