臺積電，也嘗到了“卡脖子”的滋味

被上游供應“卡脖子”的,臺積電不是第一家,也不會是最后一家。

今年夏天,臺積電緊急派遣了一支高管團隊前往日本,對公司的設備供應商進行考察。臺積電想知道的是,產能端已經火燒眉毛,日本供應商的生產設備為何遲遲無法交付?

按計劃,臺積電將在未來三年投資1000億美元,用于擴大晶圓制造產能和技術研發。千億美元的投資箭在弦上,沒想到卻在關鍵時刻遭遇上游供應的瓶頸,直接影響到新工廠的擴建,和巨額訂單的按時生產。

臺積電是真急了。

早在今年3月,臺積電就曾派出一個供應鏈采購工作組,悄悄前往美國調查芯片設備。苦等18個月,等來的不是機器設備的供貨,而是供應商道歉的消息,這讓遠在臺灣的董事長劉德音傷透了腦筋。

《華爾街日報》此前曾爆料過一則消息,臺積電已經于今年上半年向下游客戶提前打了“預防針”,因為上游設備采購出現難題,他們很難在2023年實現此前允諾的芯片產能。很多計劃內的投資,也極有可能被延遲到明年之后。

這不是臺積電一家的煩惱。

今年上半年以來,上游設備的供應瓶頸就像只烏鴉盤旋在臺積電的頭頂,也給芯片制造商們帶來新的產能困境,本已棘手的全球芯片短缺更是雪上加霜。讓大家沒想到的是,一直以來高高在上的臺積電,也有被“卡脖子”的尷尬時刻。

01臺積電,急了

在中美貿易摩擦加劇和全球供應鏈重壓下,包括臺積電在內的芯片制造商們對“本土化”生產十分重視,甚至從2021年開始,芯片晶圓代工大廠還掀起產能擴張的新浪潮。美國和歐洲,也成了臺積電和三星們最為重視的新陣地。

事實并不如預期般順利。

因為上游的供應被“卡脖子”,美好的產能憧憬也被潑了盆冷水。《日經亞洲》(Nikkei Asia)對來自美國、日本和歐盟的多家芯片制造巨頭進行了高層采訪和匿名調查,大家一致認為,想在短期內將生產供應鏈復制到其它國家或地區,其實并不容易。

正如臺積電在過去5個月的時間里,頻頻遭遇來自日本的采購瓶頸,在美國供應商“掉鏈子”之后,日本最大的芯片設備制造商東京電子(Tokyo Electron)和斯科半導體(Screen Semiconductor Solutions)也告訴臺積電,他們也將延長此前承諾的交貨期。

斯科是臺積電化學沖洗機的重要供應商,卻被閥門、塑料管等看似技術難度不高的零部件卡住脖子。

“沒有誰能把控整個產業鏈。”

波士頓咨詢的半導體與材料部門負責人表示,任何一家芯片制造商,都無法自己支撐整個供應鏈,哪怕是實現70%-80%的自給自足,也極其艱難。

巴斯夫負責半導體材料業務的副總裁利伯曼(Jens Liebermann)也告訴《日經亞洲》,在芯片本土化生產這件事上,所有的原材料、化學品、設備和特殊氣體,都需要到位,沒有這些,臺積電們寸步難行。

這是非常現實的問題。

芯片生產的背后,其實是龐雜的產業供應網絡,其中包括數百種原材料、化學產品、易耗件、特殊氣體和金屬,沒有這些,芯片工廠就無法正常運作。那些越洋而設的新工廠、新基地,即使能在奠基之后順利投入生產,只要是某條不起眼的供應鏈斷了,持續生產就將遭遇新的挑戰。

“如果你想在美國重建一個完整的半導體供應鏈,你會發現,這是一項很難完成的任務。”

臺積電創始人張忠謀在去年的一個行業論壇指出,即使已經花了數千億美元,仍然會發現供應鏈不完整,成本非常高,比目前能預期的成本要高太多。閥門,管道,溶劑等,很多零件看似微不足道,但一旦缺乏,卻足以將芯片大廠的高管們逼瘋。

“簡直就是開玩笑!”

臺積電的一家臺灣供應商向《日經亞洲》透露,雖然陸續收到一年前采購的閥門和設備管道,但這些小零件的交付已經拖延了一年多的時間。打開物流包裹,所有在場的同事都非常震驚,因為他們收到的貨物量,只有采購訂單里的十分之一。

“不是不想花錢,是根本花不出去。”看了臺積電最新財季的業績報告,一位臺灣的分析師如此調侃。

根據臺積電此前公布的第二季度財報數據,該公司在4-6月累計營收5341億新臺幣,同比增長43．5%,創下歷史新高。但是,因為晶圓廠的生產設備無法按時交付,部分與先進制程相關的采購被迫延期,很多計劃內的資本投資也極有可能被延遲到2023年。

02究竟缺什么?

畢竟,只有少數成熟的供應商才能達到先進工藝的生產標準,特別是在全球原材料供應有限的情況下。大家比較好奇的是,上游機器設備供應鏈,究竟被什么東西卡了脖子?

剛才也已經提過,作為全球半導體清洗設備龍頭的日本斯科(Screen Semiconductor Solutions),已經延長了對臺積電承諾的交貨期,而斯科目前遭遇的供應難題,主要是難以獲得特殊塑料制作的設備閥門和塑料管。乍一看,這些零件似乎不需要高技術支持,可實際上,可替代品非常缺乏。

氟聚合物,成了稀缺品。

半導體硅片是芯片制造的核心材料,它的生產加工所需要的的精密拋光、研磨、蝕刻以及清洗等工序,整個過程少不了強酸、強堿的高純度化學品(如氫氟酸HF)。

那些上游的供應商們,對部分材料提出了耐腐蝕的要求,可容納高腐蝕性化學品的氟聚合物就成了整個生產流程的必需品。挑戰在于,氟聚合物的供給出現了瓶頸。

高純含氟聚合物(PFA),僅由美日等國家的少數公司提供,它需要大量的處理技術,目前的生產高度集中。也有其他國家的氟聚合物材料制造商,分散在比利時、印度和俄羅斯等地,但并不是所有的公司都供應半導體級材料。

再往上游溯源,故事就長了。

氟聚合物主要由螢石加工而成的,中國控制著全球近60%的螢石產量,早在20世紀90年代末,考慮到螢石對電子、航空航天和國防等行業的重要性,我國很早就限制了出口。白宮2021發表了一篇供應鏈評論論文,美國已指出了螢石受外國支配的風險,并將其列入戰略和關鍵材料名單。

另一個不確定性,來自俄烏沖突。

芯片制造的重要原材料生產,如氖氣和金屬鈀,主要來自俄羅斯和烏克蘭。全球約四分之一到一半的半導體級氖,來自這兩個國家,而全球約三分之一的金屬鈀則來自俄羅斯,很多制造商氖氣和金屬鈀的供應,也因俄烏沖突而中斷。

當然,設備機器供應商們還有另一層考驗,用于處理化學品的半導體級閥門和管道,會否成為新的污染源。根據《日經亞洲》的分析,半導體的生產涉及數百種化學品,但全世界只有少數供應商能達到嚴格的環保要求。

波士頓咨詢曾經做了一項評估,半導體供應鏈的設計、制造、包裝、材料和設備等多個環節里,至少存在50個“卡脖子”的關鍵瓶頸,且這些瓶頸項目高達65%以上的生產優勢,被某些單個國家或少數地區把持著。

目前,美國主導著芯片設計工具和至少23種基本設備,日本則在包括光刻膠在內的關鍵材料、關鍵配方上有領先優勢,歐洲則是半導體工業氣體的領導者。

全球芯片的產能擴張,還在繼續。

美國的英特爾和德州儀器,到中國臺灣的臺積電,再到韓國的三星電子,幾乎所有的芯片制造商都在最近兩年啟動了前所未有的產能大擴張——

如臺積電在美國和日本新設工廠或研發中心,英特爾計劃在歐洲和東南亞擴張,三星則在美國有擴產計劃。而被上游供應“卡脖子”的,臺積電不是第一家,也不會是最后一家。