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【制造/封测】日本垄断高端MLCC的秘密,其实是在“吃老本”

来源:全球半导体观察    原作者:青隐    

作为电子整机最重要的贴片元器件之一,MLCC的命运和智能马桶盖有些类似——美国发明(改良),日本发扬光大,中国市场需求大。

日本与MLCC

MLCC的发展就是一个体积不断变小,容量不断变大的过程。

它的最初版本是意大利人L.隆巴迪发明的,不过当时不叫MLCC,只是单纯的陶瓷电容(MLCC中的ML是Multi-layer的缩写,意为多层)。后经过美国人的改良,将钛酸盐引入作为原材料,并应用在对体积和精度要求较高的军事电子设备中,才有了MLCC的雏形。

进入上个世纪70年代,随着计算机、便携式电子设备的迅速发展,MLCC成为电子设备中不可缺少的零部件。不过,在这场浪潮中,吃到红利的不是美国,而是日本。

01.日本被动元器件的崛起

日本MLCC的崛起,和战后日本消费电子产业以及汽车产业的崛起成正相关。

村田官网

战后的日本百业凋敝,但由于美国的技术转移,以及后来美国再次在亚洲搅入战局,导致日本成为美国的后期补给基地,直接促成了日本的电子产业和汽车产业的发展。

依靠着技术转移以及廉价劳动力,70年代开始,日本电子产业进入了黄金时代。

在15年时间里,日本电子产业产值增加了5倍,内需增加了3倍,出口增加了11倍。索尼、东芝、NEC等企业快速崛起。电子产业与汽车产业的繁荣也带动了被动元器件的增长,以及村田、TDK、太阳诱电等MLCC企业成长。

虽然后来到了90年代,日本的电子产业逐渐被韩国、中国台湾地区所替代。但日本电子元器件厂商凭借其深厚的技术壁垒,借智能手机之东风迅速成长,形成了京瓷、TDK、村田制作所、日本电产、日东电工、阿尔卑斯电器、罗姆这七大产业巨头。

日本元器件企业以其深厚的技术优势,在高端产品上占据着统治地位。

比如村田的陶瓷电容,规格齐全,可以全系列和客户配套,且品质优异,所以得到很多大客户的认可;太阳诱电集中研发和生产高容量等高端规格,其高容量电容质量稳定,价格较便宜,得到很多整机厂家的青睐;TDK则主攻小尺寸大容量和大尺寸高容量规格的MLCC。

太阳诱电

以上三家的地位不易撼动,并且由于占据高端市场,其议价能力也强。反倒是低端的MLCC市场,由于民用整机之间竞争激烈,客户大多面临着较大的价格压力。所以他们除了要求供应商质量稳定、供货能力充足,还会不断要求供应商降低供货价格。在这次MLCC产能吃紧之前的几年,MLCC的价格每年都会降低1%到2%。

02.被动元器件“吃老本”

MLCC是一个很吃经验的产业,尤其是高端MLCC。

在如今的日本MLCC企业中,TDK成立于1935年,村田成立于1944年,太阳诱电成立于1950年,这三家企业的平均历史距今已有78年,所以它们从MLCC产业刚处于萌芽期就已经进入。经过几十年的发展,日本企业积累了很强的研发技术和丰富的生产经验,这是后来者短时间难以企及的。

另一方面,也和日本所谓的工匠精神有关。

凡事都有两面性。

工匠精神有时候意味着刻板,意味着守旧。所以工匠精神在高速变化的产业中可能跟不上时代,比如日本在数字芯片上的发展缓慢。但另一方面,工匠精神也代表着孜孜不倦的技术追求,几十年如一日的打磨一款产品,这种工匠精神,在变化缓慢的产业中,发挥着巨大作用(做寿司除外)。

记录片:寿司之神

回顾日本的优势产业,光刻胶、硅片这些产业都比较稳定,变化缓慢,更适合长时间的打磨。被动元器件也是一样,比如MLCC,其从诞生之初到如今,最大的变化就是体积越来越小,容量越来越大,在功能上几乎没有变化。这就给了日本企业足够的时间去积累技术和生产经验,而这些经验是其强大的护城河。

03.三大技术壁垒

材料壁垒

稻盛和夫曾说:“先进材料将会对现有工业技术带来未来的突破。”

工匠精神是日本企业的信念,而具体落到实地,日本之所以能够统治被动元器件产业,一个很重要的原因在于对材料的把控。

MLCC的原材料主要包括MLCC粉体材料和金属电极。MLCC的粉体材料包括碳酸钡、氧化钛、钛酸镁等材料,而这些材料基本上都被日商所垄断。

根据《全球石油和化工经济分析》数据,65%的电子陶瓷粉体市场份额被日本生产商占据,其中日本堺化学占比27%,是全球最大的陶瓷粉体生产商;美国Ferro紧随其后,全球市场份额为19%。

村田、TDK、太阳诱电所用的陶瓷粉可实现自研自用,作为产品核心技术,他们的技术处于高度保密,研制的原材料不对外销售。

TDK官网

而在金属电极方面,原先全球采用贵金属钯银电极,后来日本厂家率先采用贱金属镍电极,使MLCC电极材料的成本下降许多。

日本在材料技术上独步天下,韩国、中国台湾地区厂商也是巧妇难为无米之炊,只能望洋兴叹。

工艺壁垒

除了材料之外,日商们几十年积累下来的工艺壁垒也是后来者短期内无法超越的。

MLCC的核心工艺主要包括材料制造工艺、叠层印刷技术和共烧技术。

撇去材料技术暂且不谈。在叠层印刷技术上,日本厂商普遍能够做到在1μm的薄膜介质上叠1000层以上,生产出介质厚度1μm的100μF MLCC,而大陆厂商只能做到叠300~500层。

在共烧技术上,日本在MLCC烧结专用设备技术上处于领先地位,不仅有各式氮气氛窑炉,而且在设备自动化、精度方面也有明显优势。

国巨官网

细微的工艺差异也许会导致巨大的产品性能差异,想要抹平这些工艺差异,时间是第一要素。

设备壁垒

工欲善其事必先利其器。没有飞船,月球永远只能是美丽的传说。

日本的MLCC产业,不仅材料出众,其生产设备也十分出众。MLCC的制造需要堆叠机、印刷机、切片机和端银机等设备,而先进的设备总是被日本为首的厂商所垄断。

太阳诱电

以流延机为例。流延机是MLCC产业中投资最大,技术难度最高的设备。

标准化的设备并不能直接满足企业的生产需求,MLCC企业还需要根据自身对材料特性和制造工艺的理解,对标准化的设备再次进行改造。这些都是需要长时间经验与技术的积累,才可以达成好的效果。

所谓的技术壁垒,某种程度上也是时间的壁垒,试错需要时间,打磨需要时间。在一个发展缓慢的产业中,高端制造靠的是研发,但更需要的是数十年如一日的研发。

韩国与中国台湾地区MLCC的发展

日本的MLCC产业属于全球顶尖,但其它国家和地区也不是没有机会。

上文提到,日本电子产业链外迁,导致中低端产品流出到亚洲其它地方,韩国和中国台湾地区就承接了中低端MLCC产业。

韩国MLCC能发展,主要得益于韩国的国宝级企业——三星。

三星不仅仅是顶尖的半导体企业,还是顶尖的消费电子企业,不仅手机业务在全球排名前三,家电业务也风生水起。所以庞大的消费电子反哺了三星的半导体和被动元器件产业。

目前三星旗下的三星电机,在MLCC产业中仅次于日本,并且近几年时间,三星在不断扩充自己的产能,包括用明修栈道暗度陈仓的方式,抢下更多的市场份额。

而中国台湾地区的MLCC能够发展起来,主要因为其和日本企业在MLCC领域进行不同产品系列的优势互补。

台系厂家国巨和华新科主供高端消费类小尺寸规格,如智能手机和平板产品所用的0402的规格,并且价格比日系厂家便宜。

由于0603以上尺寸小容量规格利润逐渐变薄,日系厂商纷纷放弃这块市场,但台系厂商由于其严格且丰富的生产管理经验,把产品成本控制得比较好,互补了这块市场。

近几年,以国巨为首的台系厂商不断增加在大陆的代理商数量,通过渠道的渗透扩张,把产品通过代理商涉及到整机厂商中,不断蚕食日系厂商的中低端产品市场。

国巨官网

在研发技术方面,台系厂商力求通过收购提高技术水平,如国巨购买了飞利浦的陶瓷电容部门,制程能力已逐步追上日系业者,在2019年国巨还收购了基美,扩大其在高端市场的布局。同时,台系企业不断地把产业链搬迁到大陆,以降低制造成本。

不止MLCC

被动元器件不仅包括电容,还有电阻、电感,以及被动射频芯片。而这些领域几乎上演着与MLCC产业一样的故事。

在射频芯片领域,日本的村田、美国的博通、Skyworks、Qorvo以及高通垄断了绝大多数市场。在电感方面以叠层式片式电感器为主,该市场被日本厂商垄断。在片式电阻上,美日企业技术领先,台厂规模优势明显,大陆厂商市场份额较小,并且日本是目前全球唯一实现01005规格片阻产业化生产的国家。

技术壁垒高,产品升级迭代缓慢,需要长期的技术和经验的积累,是几乎整个被动元器件领域的共性。并且有些产品认证周期还很长,因此客户轻易不会更换供应商。技术与市场双重壁垒,导致后入场者想要突破十分困难。

大陆MLCC企业的发展

与其他地区相比,中国大陆的MLCC产业链还很薄弱,目前薄介质、大容量MLCC关键材料需要依靠进口,国际同行对大陆企业实行技术封锁。

目前大陆的MLCC企业有风华高科、三环集团、宇阳科技、火炬电子、鸿远电子等。其中风华高科是大陆MLCC龙头,深耕产业三十年,技术能力同台系企业相差无几;三环集团具有中大尺寸、中高压、特殊品多品类MLCC的量产能力;火炬电子是军工MLCC龙头;鸿远电子则定位高端军用MLCC领域,在航空航天等领域积累了丰富的经验。

国瓷材料:钛酸钡

在材料方面,国瓷材料是继日本堺化学之后,全球第二家成功运用水热工艺批量生产高纯度、纳米级钛酸钡粉体的厂家,填补了国内MLCC电子陶瓷材料行业的空白。国瓷材料也是目前市场上唯一一家能够供应全系列规格尺寸的MLCC粉体材料的厂商,主要客户有三星、国巨、三环、宇阳等MLCC企业。

总结

正视差距才能抹平差距,虽然国产MLCC企业在不断进步,但某一细分领域的进步从来靠的都不是某一环节的突破,而是要整个产业链共同实现突破。就如同国产数字芯片一样,设计能力强,但也需要制造能力跟得上。

类推到被动元器件产业。正视差距,从材料到工艺不断的革新,不断的突破才能实现产业链的起飞。当然这需要时间。积跬步才能至千里,日本企业是这么一步步发展起来的,国产企业自然也需要经过时间的洗礼。

好在我们有全球最大的市场,未来随着5G的普及,新能源汽车的不断发展,以MLCC为代表的被动元器件产业肯定也会需求大增,这给予国产企业更多的试错空间和更大的成长机会。未来可期。

封面图片来源:拍信网