2024年首日,日本石川县能登半岛地区发生7.6级强震,影响蔓延至东芝、环球晶、村田制作所在内的半导体厂商,引发供应链担忧,有待进一步观察。
半导体材料及器件是全球制造业领域的关键战略材料,供应链的稳定运转影响深远。但恶劣气候突然来临,半导体供应链的脆弱性往往暴露无遗,制造商被迫停产、检修所带来的损失难以估量。2021年4月1日,美国半导体产业协会(SIA)曾提出“极端假说”,即如果台湾的半导体代工厂停产1年,全球的电子产业的年度营收将减少4900亿美元。随后有媒体指出,SIA过于保守,考虑到对汽车电子在内的诸多行业影响,该数据“可以说是少了一位数”!
恶劣气候频发,供应链牵一发动全身
近年来,世界多地频发的风暴、洪涝、干旱、地震等恶劣气候,对供应链造成极大困扰,正应了谚语所说“大洋彼岸蝴蝶翅膀的微微扇动,将演化为此处的惊涛骇浪”。
2021年2月,为应对冬季风暴“尤里”,三星暂停位于美国得克萨斯州奥斯汀市的工厂的芯片生产,恩智浦、英飞凌半导体在内的其他奥斯汀大厂也被迫关停;同年12月,一场台风引发马来西亚历史上最严重的洪水,破坏了东南亚第二大港口巴生港,致使半导体供应链中断(中国台湾作为全球半导体的重要供应地,通常将产品先运到巴生港,由马来西亚的工厂包装,再运往世界各地)。洪水导致全球半导体短缺,以及部分汽车制造商暂停生产。
2022年3月,日本东北近海发生强烈地震,对索尼、铠侠、村田制作所、瑞萨电子在内的多家企业生产造成影响。其中,索尼集团在宫城县白石市和山形县鹤冈市的半导体工厂在地震后均已停工,铠侠控股的岩手县北上工厂生产设备据称检测到震动,部分生产线停止运行;村田制作所停止四家工厂运营;瑞萨电子在地震后立即暂停两处工厂运营。
同年7月,美光科技称其位于日本广岛的DRAM工厂受恶劣天气影响,经历长时间电力中断,部分生产设施被关闭;当月,瑞萨电子也发出重要警示,因第4号台风艾利引发局部性雷雨,其位于熊本县的川尻工厂电线遭落雷击中,造成工厂暂时性停工;同年9月,中国台湾花莲县发生里氏6.9级地震,华邦电中科厂及高雄厂部分机器因地震而启动自我保护机制重开机。
2023年5月中旬至6月中旬,越南北部地区因干旱而导致水电供应紧缺,鸿海、三星电子、佳能等厂商均受影响停产。
据集微网不完全统计,2021—2023年,日本、美国、越南、中国台湾等地仅因恶劣气候而造成的半导体工厂停工事件就高达20余次。那么被誉为“制造业的大脑”的半导体产业,面对“不讲武德”的恶劣气候,供应链为何如此脆弱?
以晶圆制造环节为例,其主要特征为高耗水、高耗能,生产过程中需要大量的超纯净水,以及稳定的电力供应。当地震、暴雪、干旱降临,首当其冲的便是电力的短缺甚至突然断供,使得晶圆在某一道制程进行到一半时突然中止,造成不可逆的损坏,后期还需判断是否符合质量标准,否则就只能报废。此外,由于半导体生产高精密特点,对微震环境控制要求高,一旦出现微震动,就很可能导致产线出现偏差,使得晶圆良率下降;倘若震级再大,就将损坏制造设备。
2021年3月,恩智浦在《穿越风暴:重启半导体工厂设施的复杂过程》一文中详细记述了其遭遇暴风雪后的艰难努力——“仅设备重新通电就需要数日,使用先进过程控制系统,确保设备已准备好投入生产还需要数日”“设备长期暴露在超出控制的环境条件下,造成了严重损害”“重启晶圆厂耗时长且需要全员参与,需要反复仔细地检查工厂内的每一个物件”,由此可见一斑。
大厂选址“心中有数”,日本地震影响今非昔比
既然恶劣气候的到来难以预测,那么半导体工厂的选址与建设就要尽量避免“不可控因素”。
一般而言,除非收购现有工厂进行改造,新工厂通常会考量自然环境,及周边环境震动带来的影响而避开铁路、机场、海边(波浪震动)等区域,譬如南科高铁振动一案。栗正暐、黄宣谕在文章《高科技半导体厂结构设计之关键考量》中指出,半导体厂房的减震设计第一道防线是土壤与结构动态互制效应,降低进入工厂有伤害性的地震波;第二道防线是结构物的高劲度与避震调频技术,避开主要共振频率;第三道防线是液压阻尼器,减低共振发生后的结构反应。
其次,工厂需要依托良好的基础设施和交通建设引入大量昂贵设备,方便后期经营;再有,充足的水资源和稳定的能源供应同样必不可少;最后,确保工厂符合环境法规,选择人力资源充沛的区域进行建设。
但也不乏“逆行者”。2021年,英特尔和台积电宣布在素以水资源匮乏闻名的美国亚利桑那州建设芯片工厂。根据美国国家海洋和大气管理局国家气候数据中心统计,1970年至2000年间其平均每年降雨量仅为13.6英寸,系美国“第四大干旱州”。而建设芯片的“代工厂”或“晶圆厂”每天需要消耗数百万加仑的水,仅台积电耗水便令人咋舌,2021年用水量就高达8280万立方米,亚利桑那州显然不是理想的建设地。只是外界猜测,台积电和英特尔利弊权衡之下,或因亚利桑那州四大优势而接受“水匮乏”的现实,即完善的半导体生态体系,抗震性好、不受飓风和野火等自然灾害影响,可靠充足的“绿色”电力供应,巨量的政府补贴。
上文赘述了恶劣气候事例、造成的巨大损失、大厂选址考量后,又回到原点:此番日本地震影响究竟多大?调研机构 TrendForce 认为,考虑目前半导体行业的低迷和淡季,加上现有零部件库存,以及大多数工厂位于地震强度为4到5级的地区,初步调查表明,设备没有受到重大损害,预计地震影响可控。
的确,今时已不同往日。日本福岛近海2021年2月曾发生地震,致使瑞萨电子一座工厂停产,极大冲击了汽车芯片,业界记忆犹新。而相较于数年前各大厂开足马力以应对产能不足,当下全球整体半导体产能不在高位,12英寸利用率为70%~75%、8英寸利用率为65%~70%,且各大厂商手中“余粮”充足,整体影响可控。
上述判断似可稍稍吹淡连日来半导体供应链蒙上的阴翳。因而在评估恶劣气候对半导体供应链影响时,除受灾区域的特殊性与当地企业损失外,产业周期也需重点审视,毕竟脆弱的供应链经不起“风吹草动”,逐渐复苏的产业更需信心。
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