字體:小 中 大 | |
|
|
2022/04/27 19:32:58瀏覽232|回應0|推薦0 | |
荷蘭以運河、自由的態度和自行車文化而聞名,不過它同時擁有可能是世界上最重要的公司,對於沉迷於高科技的經濟體來說,它的消失將是毀滅性的,那就是全球最大晶片光刻機供應商艾司摩爾(ASML)。
流行文化 The Art of Segovia, 1/2 https://www.youtube.com/watch?v=q04MfUhGsmE
【摘要2022.4.25.一.自由】荷蘭以運河、自由的態度和自行車文化而聞名,不過它同時擁有可能是世界上最重要的公司,對於沉迷於高科技的經濟體來說,它的消失將是毀滅性的,那就是全球最大晶片光刻機供應商艾司摩爾(ASML)。 艾司摩爾總部位於荷蘭小鎮Veldhoven,該公司製造地球上生產最先進半導體所需的設備。1984年艾司摩爾從醫療機器、衛生保健大廠飛利浦(Philips)獨立出來,規模僅有百餘人,迄今發展成全球最大晶片微影設備市場的翹楚,擁有的是獨步全世界的技術。 艾司摩爾主要生產大規模積體電路的核心裝置光刻機,在世界同類產品中有90%的市占率、在14奈米製程以下有100%的市占率,從個人電腦、智慧手機、數據中心、網絡設備等產品生產尖端處理器的半導體製造商,都與艾司摩爾脫離不了關係。 2008年,艾司摩爾成為世界第2大半導體設備商,2011年超越美商應用材料(Applied Materials)成為世界第一大半導體裝置商,目前全球前十大半導體企業都是他們家的客戶。 目前艾司摩爾是全球唯一一家,可以向三星和台積電等晶片製造商,銷售極紫外光刻機(EUV)微影技術光刻機的公司,日本的尼康(Nikon)與佳能(Canon)曾經壟斷全球曝光機市場,但在敗陣於艾司摩爾後,對EUV設備的研發裹足不前,目前僅有深紫外光(DUV)光刻機。 EUV技術發展曾面臨不斷的失敗及外界質疑,但在業界努力下,如今EUV技術發展逐漸達到商用化地步,起初,在英特爾、三星、台積電等晶片巨頭的推動下,帶動艾司摩爾的股價上漲,EUV的需求也大幅的成長。 去年艾司摩爾收入增長了近三分之一,達到約186億歐元(212 億美元),淨收入飆升64%,達到59億歐元(67 億美元)。根據該公司年度報告,去年在全球售出309台光刻機系統,其中包括42台頂級EUV,比2020年多出51台。 但艾司摩爾在關鍵領域的壟斷地位也使其處於尷尬境地。近幾年中國積極推動本土半導體產業發展,美國為斷除中國發展先進半導體產業生路,2021年7月拜登政府施壓荷蘭,要求艾司摩爾不准賣光刻機給中國半導體企業。 《華爾街日報》指出,拜登政府出於國家安全考慮,延續了川普的政策,與荷蘭政府取得聯繫,要求荷蘭政府限制對中國出口艾司摩爾的EUV,因這台機器極具戰略價值。 報導指出,中國希望能為國內晶片製造商提供這台價值1.5億美元的EUV,使華為和其他中國半導體企業可以減少對外國供應商的依賴。因此,北京一直向荷蘭政府施壓,中國官員更經常詢問荷蘭官員為什麼不放行艾司摩爾EUV的出口許可。為什麼中國會如此想得到光刻機? 近年來中國不斷想推動科技產業,不過目前中國技術擁有的28奈米與最先進製程的14奈米,另外可小規模生產N+1奈米晶片,但老早就被其他半導體產業甩在後頭,如台積電及三星目前都已開始量產7奈米晶片,甚至是研發3奈米。 在美、中兩國不斷向荷蘭政府施壓下,荷蘭政府最後導向美國,扣留艾司摩爾向中國兜售EUV的出口許可,迄今為止,艾司摩爾沒有出口任何一台EUV給中國。 中國想當搶當半導體龍頭的夢還有很常一段路要走,目前想生產7奈米以下先進製程晶片,就必須有艾司摩爾的EUV協助,但目前中國企業無法購買EUV,這點一直是中國半導體產業的痛。 為此,中國科技和半導體企業設法迂迴避開美國的禁令,尋找生路,傳出將與日本Nikon、Canon共同研發EUV之外的光刻機設備,不過不只外界不看好,就連艾司摩爾執行長溫彼得(Peter Wennink)都表示:「如果中國要嘗試獨立開發頂尖的光刻機技術,至少需要10年才能做得到。」 由於艾司摩爾是全球最大晶片光刻機供應商,加上市場預期預計今年晶片銷量將達到4277億片,半導體製造商積極擴大產能,搶購新設備,也因此艾司摩爾的訂單爆增,不過由於需求激增,擴產需要時間,今年僅能交貨60%DUV之外,預期明、後2年都會出現供貨短缺。 半導體製造設備的交貨時間大幅拉長,從疫情爆發前2019年的平均約3至4個月,增至去年的10至12個月。業界人士指出,半導體製造設備交貨時間延宕,是數十年來最嚴重,主要因為關鍵零組件短缺和整個供應鏈的物流延宕。 溫彼得指出,客戶的需求高於目前的生產能力,正積極與供應鏈夥伴一起合作,大幅擴增產能。另外考量市場需求和擴產計畫,預計將重新審視、於下半年更新2025年的情境和未來的成長機會預估。 美國經濟史學家米勒(Chris Miller)這麼形容艾司摩爾:「艾司摩爾壟斷了EUV的製造,這個機器製造出許多最先進的處理器晶片,而他們的機器又很難被複製,因為每一台的構造都相當的複雜。」 研究公司貝恩(Bain)半導體分析師彼得漢伯里(Peter Hanbury)則表示:「艾司摩爾絕對是整個半導體生態系統的基礎,與台積電一樣重要。」
鋰電池價值鏈成明日之星【摘要2022.4.25.一.自由】鋰離子電池商業化迄今30年,每年數以億計的手機、筆電等3C產品,加上電動車、綠能儲能等新興需求,推升鋰電池市場爆炸性成長。 而鋰電池從材料、電池芯到電池組,進入各式產品,到功成身退的汰役電池降階使用,或報廢萃出有價材料,「從搖籃到搖籃」的循環經濟價值鏈,有機會成為下世代含金量最高的明星產業。 西元前6世紀,希臘學者發現靜電後,人類自此識得「電的存在」,直到17世紀才知「用電」。1745年荷蘭發明的萊頓瓶(Leyden Jar)是第一個儲存靜電的裝置,以今天的標準來看,它僅是一次性放電的電容而非電池,卻開啟了電池技術的演進。 從19世紀的碳鋅電池、鉛酸電池,到索尼(SONY)於1991年成功開發出的第一顆商用鋰離子電池,電池體積大幅縮小、續航力更強,也讓筆電、手機等3C產品更輕薄,一躍成為全球主流的儲能裝置。 鋰離子電池成為今日數位生活的要角,其發展過程並非一夕到位,而是經過幾個階段的改良。1970年代爆發石油危機,全球開始對電動車產生興趣,大型工業實驗室紛紛投入電池技術研發,以解決主流鉛酸電池續航力不佳的問題。 埃克森實驗室的研究員威廷漢(Stan Whittingham)研發出採用鋰金屬為負極、二硫化鈦為正極的鋰電池,離子流動效果意外良好,可惜這種鋰金屬電池無法重複充放電,且有著易燃的缺點。 隨著石油危機告終,加上1980年代一宗鋰金屬電池導致手機燃燒事件,鋰金屬電池自此被打入冷宮。科學界仍鍥而不捨,持續改良,美國學者古德納(John Goodenough)以鈷酸鋰(鋰鈷)取代二硫化鈦,發現能夠儲存更多能量;日本學者吉野彰(Akira Yoshino)進一步將負極的純鋰更換為焦炭,終於讓鋰電池的易燃風險降低,性能依舊良好。為表彰鋰電池於人類生活的貢獻,2019年的諾貝爾化學獎,將桂冠頒給了在鋰離子電池的演進上貢獻卓著的三位學者:威廷漢、古德納、吉野彰。 此後,鋰離子的正負極材料仍不斷演進,1990年代的第一代鋰離子電池採用鈷酸鋰(鋰鈷LiCoO2)、錳酸鋰(鋰鈷LiMn2O4)等為正極,以碳/石墨為負極; 2005年低鎳鋰三元正極電池問世,應用於電動車; 2018年負極也在石墨中添加了矽氧碳等。 2010年商用磷酸鋰鐵(LiMPO4)電池問世,壽命更長、電壓更高; 2008年特斯拉採用鋰鎳鈷鋁正極的鋰電池在其第一款電動車Roadster上面; 2016年開始高鎳鋰三元正極被商業化應用,藉由提高鎳含量到80%,降低鈷含量到10%,不但增加正極材料電容量,也大幅提高電池的能量密度,並用於特斯拉電動車與儲能系統。 隨著電動車普及、再生能源、智慧電網等應用推陳出新,鋰電池在能量密度、循環壽命、續航力、成本、安全等面向都須滿足更高規格的要求,也因此從汽車大廠、工業集團到新創公司,正全力投入下世代電池的研發。 工研院材料與化工研究所儲能材料及技術研究組組長陳金銘表示,下世代電池需求主要有兩大面向, 一是定置式儲能,如家庭、工商、電網的儲能系統; 二是移動式儲能,如電動車、電動機車、電動巴士等,其中又以電動車的爆發力最強、商機最大。 以鋰離子電池技術而言,每回技術的躍進,意味著成本的降低,國際能源總署(IEA)估算,2020年車用鋰離子電池組每度電成本約105美元,較10年前大降9成,到了2030年,每度電將進一步降至70美元,成本優勢已與燃油車相近,鋰電池將在運輸電氣化的過程中,扮演關鍵推手。 「鋰離子電池應用日趨多元,前景固然看好,但也存在著挑戰和限制,」陳金銘說,傳統鋰離子電池的能量密度有其上限,要再進一步提升,必須使用鋰金屬取代石墨做為負極。然而,鋰金屬在液態電解液進行電池充放過程中會生成鋰枝晶(Lithium Dendrite),穿過隔離膜觸及正極,易造成電池短路甚至爆炸。此外,鋰離子電池的電解液是液態有機溶劑,容易被火苗點燃導致安全問題;隨著充放電次數增加,電池壽命也深受影響。 在這樣的限制之下,固態電池就成了儲能領域的新希望。所謂的固態電池,即以固態電解質來取代液態電解液,增加高能量電池的安全性,使得固態電池能量密度達450∼500Wh/kg,是傳統鋰離子電池的能量密度180(鋰鐵電池)∼250Wh/kg(鋰三元電池)的2倍,並同時兼具高安全性與不漏液的優點,固態電解質可抑制材料反應,不易燃燒、並可延長電池壽命;固態電池較輕,相同電容量的固態電池,重量僅為鋰離子電池的一半。 由於電池技術將是未來電動車勝出的最大關鍵,固態電池新創公司包括Quantum Scape、SES、Solid Power、Factorial Energy紛紛獲得各大主要車廠,如賓士、BMW、福特、福斯汽車等的投資;而日本豐田(TOYOTA)、日產(Nissan)則是選擇自行投入固態電池研發,豐田更發出豪語,將在2025年推出搭載固態電池的車款。 在追逐更高性能的下世代電池的同時,一場鋰電池「從搖籃到搖籃」的科技也正在發展中。彭博財經社預估,到2040年,全球三分之二的車輛是電動車,每部車搭載的電池系統,內含數百乃至上千個鋰電池芯,一旦電池續電力不足,或車輛報廢,所產生的鋰電池廢棄物可說是相當可觀。為解決廢棄鋰電池造成的環境問題,減少生產鋰電池所需的能資源耗用,鋰電池的回收再利用,可說是淨零碳排不可或缺的一環。 為協助國內產業爭取下世代電池商機,工研院持續精進鋰離子電池材料,投入固態電池研發,採用特殊樹脂化合物的固態電池獲得2020年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)肯定;在鋰電池回收與處理技術方面,工研院也開發出電池降階回用的解決方案,運用人工智慧控制放電負載,讓汰役的不同性能電池模組,有效組合成儲能系統;此外,針對報廢鋰電池,也開發出濕法提煉技術,將有價金屬回收再利用。 鋰電池解除了定置供電的束縛,造就30年來無所不在的數位生活,未來在科技持續精進下,還有機會讓人類從化石燃料的世界解放出來,邁向淨零碳排的願景。在此之前,我們必須建立鋰電池從生產、廢棄到再生的綠色循環,讓鋰電池的前世與今生,與人類的永續發展一樣,生生不息。(本文轉載自工業技術與資訊月刊) |
|
( 知識學習|科學百科 ) |