Los proveedores japoneses de materiales se expanden ante la demanda de chips de 2 nm

Una nueva carrera hacia los 2 nm y por qué importan los materiales

Los desarrolladores japoneses de materiales para semiconductores están en fase de expansión, mientras los fabricantes de chips de todo el mundo avanzan hacia la producción masiva de chips lógicos de 2 nm. La carrera por reducir el tamaño de las estructuras responde a la demanda de inteligencia artificial, computación de alto rendimiento y sistemas automotrices avanzados. Los materiales son la base invisible de esta transición. Cada oblea, resina fotosensible, disolvente, gas, adhesivo y resina debe cumplir tolerancias más estrictas, estándares de pureza más altos y una uniformidad mayor que en las generaciones anteriores. En ese contexto, los proveedores japoneses, reconocidos desde hace tiempo por su calidad y precisión, ven una oportunidad para crecer.

En los 2 nm, los principales fabricantes de chips están adoptando transistores de compuerta envolvente (GAA, por sus siglas en inglés) y arquitecturas de chip más complejas. Los GAA mejoran el control del flujo de corriente dentro de los transistores, lo que ayuda a reducir las fugas y el consumo de energía a escalas muy pequeñas. Estos diseños requieren resinas fotosensibles para litografía ultravioleta extrema (EUV), ácidos y disolventes de alta pureza, obleas de silicio ultrafinas y materiales de empaquetado especializados. Cada etapa tiene márgenes de proceso muy estrechos, por lo que el rendimiento constante de los materiales es un factor decisivo para el rendimiento de fabricación.

Las inversiones de los proveedores japoneses apuntan a este cambio. Tokyo Ohka Kogyo planea construir cerca de Seúl un nuevo complejo de resinas fotosensibles y productos químicos de alta pureza para abastecer a las principales fundiciones de Asia. Adeka está renovando equipos para fabricar productos químicos avanzados para semiconductores. Los principales fabricantes de obleas Shin-Etsu Chemical y SUMCO, que en conjunto suministran una gran proporción de las obleas de silicio de 300 mm, están ajustando sus sustratos para lograr la mayor planitud y la menor densidad de defectos que exige el patrón de 2 nm. Al mismo tiempo, crece la demanda de materiales de empaquetado, a medida que los fabricantes conectan procesadores y memoria de alto ancho de banda en configuraciones densas para sistemas de inteligencia artificial. Estas iniciativas coinciden con el calendario de la industria: TSMC, Samsung e Intel avanzan hacia nuevas generaciones de chips, mientras que la japonesa Rapidus busca llevar la producción de 2 nm a Japón antes de que termine esta década.

Quién invierte y dónde aumenta la capacidad

El gasto de capital de las empresas japonesas de materiales se extiende a las etapas iniciales y finales de la fabricación de chips. El objetivo a corto plazo es abastecer la primera ola de producción de 2 nm en fundiciones de otros países, mientras se preparan para la nueva demanda interna de Rapidus y otros proyectos en Japón. Las inversiones reflejan un giro más amplio del país para recuperar un papel central en los semiconductores avanzados, al concentrarse en sus fortalezas, especialmente los materiales y los equipos.

Resinas fotosensibles y productos químicos de alta pureza

Tokyo Ohka Kogyo, líder mundial en resinas fotosensibles, planea construir cerca de Seúl una nueva planta que incluirá instalaciones para resinas EUV y una fábrica de productos químicos de alta pureza. La exposición a EUV emplea una longitud de onda de luz muy corta, por lo que la resina debe combinar alta sensibilidad con poca rugosidad en los bordes de las líneas y una contaminación mínima. El control del proceso no admite errores en los 2 nm, lo que eleva las exigencias para la formulación de resinas y los tratamientos posteriores a su aplicación. Las empresas también están ampliando la capacidad de producción de reveladores, decapantes y productos químicos de limpieza, ya que cada enjuague adicional o traza de metal puede afectar el rendimiento del dispositivo.

Obleas, suspensiones de pulido y gases especiales

Shin-Etsu Chemical y SUMCO suministran una gran proporción de las obleas de 300 mm del mundo, y sus productos son esenciales para la precisión litográfica en las generaciones avanzadas. En los 2 nm, deben mejorar aún más la planitud de las obleas, el control de partículas y la perfección cristalina, tanto para el patrón de las etapas iniciales como para los procesos en la cara posterior que se están estudiando. Los consumibles, como las suspensiones para el pulido químico-mecánico, evolucionan en paralelo para lograr tasas de eliminación uniformes en patrones más densos. Los gases especiales para la deposición y el grabado también requieren una pureza mayor para evitar interacciones que alteren las estructuras GAA.

Los materiales de empaquetado pasan a primer plano

A medida que aumentan la potencia de los chips y el ancho de banda de la memoria, el empaquetado avanzado se convierte en un factor clave para el rendimiento. Empresas japonesas como Ajinomoto Fine-Techno (conocida por sus películas de construcción ABF), Resonac, Nissan Chemical, Sumitomo Bakelite y Namics están ampliando su producción de materiales de relleno, encapsulantes, adhesivos para unión temporal y resinas que controlan la deformación. La colaboración JOINT2, que reúne a especialistas en materiales con Rapidus y el Centro Japonés de Tecnología de Semiconductores de Vanguardia, trabaja en procesos de empaquetado 3D que mantienen los chips alineados y térmicamente estables. Las herramientas de precisión de fabricantes japoneses respaldan este cambio y hacen del empaquetado tanto un reto de materiales como una disciplina de ingeniería.

Las exigencias de los 2 nm

El salto de las generaciones más avanzadas actuales a los 2 nm no consiste simplemente en reducir el tamaño de la cuadrícula. La tecnología GAA cambia la geometría de los transistores al envolver la compuerta alrededor de láminas o nanocables. Esto mejora el control de la compuerta y ayuda a mantener el rendimiento en tamaños muy pequeños. También exige una selección cuidadosa de dieléctricos de alta constante, compuertas metálicas y metales que ajustan la función de trabajo, además de un entorno de sala limpia muy riguroso. Cualquier rastro de contaminación puede alterar los voltajes de umbral o crear vías de fuga.

La litografía EUV es otro pilar. Los patrones de 2 nm requieren pasos de multipatronado más complejos, y las próximas herramientas EUV de alta apertura numérica llevarán la resolución aún más lejos. Esto eleva las exigencias para la química de las resinas, las recetas de horneado tras la exposición y la inspección de defectos. Las resinas fotosensibles deben equilibrar sensibilidad, resolución y rugosidad, al tiempo que reducen al mínimo los defectos estocásticos. Los disolventes y productos químicos de enjuague que se utilizan con estas resinas no deben grabar ni hinchar las delicadas estructuras.

El empaquetado es ahora una decisión de diseño fundamental. Los aceleradores de inteligencia artificial combinan matrices de cómputo con pilas de memoria de alto ancho de banda mediante técnicas 2.5D y 3D. Los interposers, los microbumps, los pilares de cobre y las vías a través del silicio plantean nuevas exigencias para los adhesivos, las películas de unión de matrices y los materiales de interfaz térmica. Estos compuestos controlan la tensión, reducen la deformación y disipan el calor de los ensamblajes densos. No se alcanzarán los objetivos de rendimiento de los 2 nm sin materiales de empaquetado fiables que resistan ciclos térmicos y duren mucho tiempo.

Rapidus, el apoyo del Gobierno y el ecosistema nacional

Rapidus ocupa un lugar central en el plan de Japón para producir chips de 2 nm en el país. La empresa inició la producción piloto en Chitose, Hokkaido, en abril de 2025 y, junto con sus socios, ha demostrado elementos fundamentales de dispositivos GAA de 2 nm. Su objetivo es entregar muestras a clientes después de las pruebas de prototipos y comenzar la producción masiva en 2027. El Gobierno ha prometido más de 1,7 billones de yenes en apoyo y ha creado nuevos mecanismos de inversión y garantías de préstamos. Las autoridades también han buscado establecer salvaguardas, incluidas condiciones vinculadas a la financiación pública para proteger la tecnología clave y la gobernanza corporativa.

El presidente de Rapidus, Atsuyoshi Koike, ha descrito en términos directos la magnitud de la tarea. Ha señalado que el aprendizaje para mejorar el rendimiento de fabricación y la fiabilidad son los principales obstáculos para lograr una producción estable y de gran volumen.

«Desarrollar tecnología para la producción masiva es extremadamente difícil; confirmar el rendimiento de fabricación y garantizar la fiabilidad son obstáculos importantes».

Lo que está en juego va más allá de una sola empresa. Si Japón no logra consolidar la producción de chips lógicos de vanguardia, aumenta el riesgo de que los proveedores de equipos y materiales trasladen su capacidad al extranjero para seguir a sus clientes. Por eso, el proyecto Rapidus está concebido como una plataforma para el ecosistema más amplio, con desarrollo conjunto en materiales, metrología, litografía y empaquetado. La empresa está probando un proceso de fabricación con obleas individuales o por lotes para acelerar la retroalimentación y acortar los ciclos de aprendizaje. También está desarrollando un enfoque integrado para las etapas iniciales y finales de fabricación, con el objetivo de acelerar las entregas a clientes de mercados especializados.

La disponibilidad de personal cualificado sigue siendo un obstáculo. Rapidus ha enviado ingenieros a laboratorios asociados para aprender procesos avanzados y, al mismo tiempo, contrata personal en Japón y en otros países. Las empresas de materiales hacen lo mismo: crean equipos cerca de las fábricas de sus clientes en Japón y Corea para respaldar pruebas rápidas y ajustar los procesos en las propias instalaciones.

Empresas globales en Japón y el impulso a los proveedores locales

El auge de los materiales en Japón está vinculado a la instalación de nuevas plantas de producción en el país. La filial de TSMC en Kumamoto se está expandiendo con una segunda planta, lo que aumenta la necesidad regional de obleas, productos químicos y resinas fotosensibles. Las compras locales reducen los plazos de entrega y mejoran el control de calidad, algo valioso al ampliar la producción de nuevas generaciones de chips.

Samsung también está ampliando su presencia. La empresa planea abrir en Yokohama un centro de investigación sobre empaquetado avanzado, con el objetivo de mejorar las conexiones entre procesadores y memoria para las cargas de trabajo de inteligencia artificial. El laboratorio coordinará su trabajo con proveedores japoneses de materiales y equipos, así como con universidades, y reforzará los vínculos entre la investigación, las líneas piloto y la producción comercial. Para líderes del empaquetado como Namics y Resonac, estar cerca del programa de I+D de un gran cliente ofrece una vía directa para desarrollar conjuntamente materiales de relleno de próxima generación, películas de unión de matrices y resinas de baja deformación.

Estas inversiones convierten a Japón en un centro más sólido de materiales avanzados, aunque la producción central de obleas de 2 nm continúe en varias regiones. Las fundiciones de todo el mundo seguirán dependiendo de las obleas, resinas fotosensibles y consumibles japoneses. La combinación de la demanda del extranjero y los nuevos referentes nacionales amplía la base de clientes de los proveedores locales.

Qué significan los 2 nm para la inteligencia artificial, los automóviles y el consumo de energía

Las cargas de trabajo de entrenamiento e inferencia de inteligencia artificial están llevando a los centros de datos al límite de su capacidad de energía y refrigeración. Los chips de 2 nm, junto con el empaquetado avanzado y la memoria de alto ancho de banda, buscan realizar más cálculos por vatio. Esto podría reducir las facturas de energía y la huella de carbono de los operadores de servicios en la nube, a la vez que permitiría modelos más grandes y una inferencia más rápida para los usuarios. En los dispositivos periféricos, una mayor eficiencia permite incorporar más inteligencia a robots, sistemas industriales, dispositivos portátiles y aparatos electrónicos para el hogar.

Las empresas automotrices necesitan una capacidad de cómputo fiable para los sistemas de asistencia al conductor y las futuras funciones de conducción autónoma. También necesitan chips que resistan las variaciones de temperatura y tengan una vida útil prolongada. Los materiales de empaquetado e interconexión son fundamentales para esa fiabilidad. La industria japonesa en su conjunto, incluidos los fabricantes de automóviles y las empresas electrónicas, sigue de cerca los avances en los 2 nm, ya que el acceso nacional a chips lógicos de vanguardia puede acelerar el diseño conjunto y acortar las cadenas de suministro.

Para prioridades nacionales que abarcan las comunicaciones, la salud y la defensa, la capacidad de producción de 2 nm mejora la resiliencia. Si se dispone de capacidad de cómputo crítica en más de una región, los fabricantes de sistemas pueden diversificar sus fuentes de suministro. La especialización japonesa en materiales le da influencia en ese modelo de varias regiones.

Riesgos, limitaciones y respuestas de los proveedores

El paso a los 2 nm conlleva riesgos conocidos. El aumento de la producción en nuevas generaciones suele enfrentar variaciones en el rendimiento, limitaciones en el suministro de herramientas clave y presiones sobre los costos. Las herramientas EUV de alta apertura numérica y sus capas de resina deben alcanzar recetas de producción estables. La escasez de ingenieros cualificados es un desafío para toda la industria y la competencia por el talento es intensa. La financiación es otro factor. Crear una estructura completa de producción de 2 nm exige inversiones de capital de billones de yenes, por lo que se necesitará una combinación de apoyo público e inversión privada durante varios años.

Las empresas de materiales se están adaptando con algunas medidas claras. Instalan capacidad de producción cerca de las fábricas de sus clientes en Asia y Japón para agilizar las pruebas y permitir entregas justo a tiempo. Invierten en productos químicos más ecológicos, sistemas de recuperación y tratamiento de agua para cumplir las normas ambientales. Muchas están profundizando sus alianzas de investigación con universidades y centros de I+D para acelerar los cambios de formulación de las resinas fotosensibles EUV, las películas de baja constante dieléctrica y los compuestos de empaquetado con conductividad térmica. Algunos proveedores estudian crear empresas conjuntas para compartir el riesgo de construir plantas costosas.

La competencia sigue siendo global. Las fundiciones chinas están ampliando la producción en generaciones maduras y pueden influir en los precios y las pautas de suministro de materiales. En las generaciones avanzadas, TSMC, Samsung e Intel establecerán las referencias de proceso que deberán cumplir los proveedores de materiales. Las empresas que demuestren una calidad constante a gran escala y ayuden a sus clientes a reducir los defectos y las variaciones ganarán cuota de mercado.

Perspectivas para el liderazgo japonés en materiales

Japón busca reconstruir su posición en la industria de semiconductores al controlar las capas clave de la cadena de producción en las que es más fuerte. Los materiales son fundamentales. Con la expansión de Tokyo Ohka Kogyo, Adeka, Shin-Etsu, SUMCO, Ajinomoto Fine-Techno, Resonac, Namics y otras empresas, el país está en condiciones de abastecer la primera ola de fábricas de 2 nm en el extranjero y la nueva capacidad nacional. Los objetivos del Gobierno para las ventas nacionales de semiconductores en 2030 presuponen avances en ambos frentes, con alianzas de investigación y subsidios para ayudar a cerrar brechas.

Entre los hitos que conviene seguir figuran la madurez de los prototipos de Rapidus y sus primeros contactos con clientes; los nuevos envíos de resinas fotosensibles EUV y productos químicos de alta pureza para herramientas de alta apertura numérica; los avances en resinas y adhesivos para empaquetado 3D bajo la iniciativa JOINT2; y el progreso de las obras de expansión de TSMC en Kumamoto y de las instalaciones de empaquetado de Samsung en Yokohama. Cada uno de estos avances indica una mayor demanda de materiales japoneses.

El papel de Japón en los 2 nm no dependerá de una sola fábrica. Dependerá de la fiabilidad de su ecosistema de materiales en los segmentos de obleas, productos químicos y empaquetado. Si los proveedores mantienen la calidad e innovan junto con sus clientes, pueden volverse indispensables en la próxima etapa de la fabricación de chips.

Puntos clave

• Los proveedores japoneses de materiales están aumentando sus inversiones de capital para apoyar la producción de chips de 2 nm, tanto en fundiciones de otros países como en nuevos proyectos en Japón.
• Tokyo Ohka Kogyo planea construir cerca de Seúl un complejo de resinas fotosensibles EUV y productos químicos de alta pureza, mientras que Adeka renueva sus equipos para fabricar productos químicos avanzados para chips.
• Shin-Etsu Chemical y SUMCO, que en conjunto controlan una gran parte del mercado mundial de obleas de 300 mm, están ajustando sus sustratos para cumplir las tolerancias más estrictas que exigen los 2 nm.
• Los materiales de empaquetado son un área de crecimiento, y Ajinomoto Fine-Techno, Resonac, Sumitomo Bakelite, Namics y otras empresas invierten en materiales de relleno, adhesivos y resinas de baja deformación.
• La colaboración JOINT2 vincula a empresas de materiales con Rapidus y el Centro de Tecnología de Semiconductores de Vanguardia para avanzar en el empaquetado 3D de chips para la era de la inteligencia artificial.
• Rapidus inició la producción piloto en 2025 y apunta a la producción masiva en 2027, con el respaldo de más de 1,7 billones de yenes de financiación pública y medidas para proteger tecnología clave.
• TSMC se está expandiendo en Kumamoto y Samsung planea abrir en Yokohama un centro de investigación y desarrollo de empaquetado, medidas que aumentan la demanda local de materiales y herramientas japoneses.
• Los 2 nm exigen transistores GAA, avances en resinas fotosensibles EUV y una pureza extrema en cada etapa, lo que eleva las exigencias de uniformidad de los materiales y control de defectos.
• Entre los riesgos figuran el aprendizaje para mejorar el rendimiento de fabricación, la disponibilidad de herramientas, la escasez de talento y las necesidades de financiación. Los proveedores responden con capacidad local, procesos más ecológicos y vínculos más estrechos de I+D.