Fornecedores de materiais do Japão ampliam capacidade para atender à demanda por chips de 2 nm

Uma nova corrida rumo aos 2 nm e a importância dos materiais

As empresas japonesas que desenvolvem materiais para semicondutores estão ampliando suas operações à medida que fabricantes de chips de todo o mundo avançam rumo à produção em massa de chips lógicos de 2 nm. A corrida por estruturas menores é impulsionada pela demanda por inteligência artificial, computação de alto desempenho e sistemas automotivos avançados. Os materiais são a base invisível dessa transição. Cada wafer, fotorresiste, solvente, gás, adesivo e resina precisa atender a tolerâncias mais rigorosas, padrões de pureza mais elevados e requisitos de uniformidade mais exigentes do que os das gerações anteriores. É aí que os fornecedores japoneses, há muito reconhecidos pela qualidade e precisão, veem uma oportunidade de crescer.

Nos 2 nm, os principais fabricantes de chips estão adotando transistores gate-all-around (GAA) e arquiteturas de chips mais complexas. A tecnologia GAA melhora o controle do fluxo de corrente nos transistores, ajudando a reduzir fugas e o consumo de energia em escalas muito pequenas. Esses projetos exigem composições de fotorresiste para litografia ultravioleta extrema (EUV), ácidos e solventes de alta pureza, wafers de silício ultraflatos e materiais especializados para encapsulamento. Cada etapa tem janelas de processo estreitas, por isso o desempenho consistente dos materiais é decisivo para o rendimento.

Os investimentos dos fornecedores japoneses buscam aproveitar esse momento de inflexão. A Tokyo Ohka Kogyo planeja construir um novo complexo de fotorresistes e produtos químicos de alta pureza perto de Seul para atender às principais fundições da Ásia. A Adeka está modernizando equipamentos para a produção de produtos químicos avançados para semicondutores. As líderes em wafers Shin-Etsu Chemical e SUMCO, que juntas fornecem uma grande parcela dos wafers de silício de 300 mm, estão ajustando seus substratos para atender aos requisitos de maior planicidade e menor densidade de defeitos exigidos pela litografia de 2 nm. Ao mesmo tempo, cresce a demanda por materiais de encapsulamento, à medida que fabricantes conectam processadores e memórias de alta largura de banda em configurações densas para sistemas de IA. Essas iniciativas acompanham o cronograma do setor, em que TSMC, Samsung e Intel avançam para novas gerações de processo, enquanto a japonesa Rapidus pretende iniciar a produção de 2 nm no Japão ainda nesta década.

Quem está investindo e onde a capacidade está crescendo

Os investimentos de capital das empresas japonesas de materiais abrangem tanto a etapa inicial quanto a etapa final da fabricação de chips. O objetivo de curto prazo é atender à primeira onda de produção de 2 nm em fundições no exterior e, ao mesmo tempo, preparar-se para a nova demanda doméstica da Rapidus e de outros projetos no Japão. Os investimentos refletem uma mudança mais ampla do país para recuperar um papel central nos semicondutores avançados, concentrando-se em áreas nas quais se destaca, especialmente materiais e equipamentos.

Fotorresistes e produtos químicos de alta pureza

A Tokyo Ohka Kogyo, líder global em fotorresistes, planeja uma nova unidade perto de Seul, com uma fábrica de fotorresiste para EUV e uma fábrica de produtos químicos de alta pureza. A exposição por EUV usa um comprimento de onda de luz muito curto, por isso o fotorresiste precisa combinar alta sensibilidade com baixa rugosidade das bordas das linhas e contaminação mínima. O controle do processo é implacável nos 2 nm, o que eleva as exigências para a formulação do fotorresiste e os tratamentos após a aplicação. As empresas também estão aumentando a capacidade de produção de reveladores, removedores e produtos químicos de limpeza, já que cada enxágue adicional ou traço de metal pode afetar o desempenho do dispositivo.

Wafers, suspensões de polimento e gases especiais

A Shin-Etsu Chemical e a SUMCO fornecem uma grande parcela dos wafers de 300 mm do mundo, e seus produtos são fundamentais para a precisão da litografia em gerações avançadas de processo. Nos 2 nm, a planicidade dos wafers, o controle de partículas e a perfeição cristalina precisam melhorar ainda mais, tanto para a litografia na etapa inicial quanto para os processos pela parte traseira que estão sendo estudados. Consumíveis como suspensões para polimento químico-mecânico também evoluem para proporcionar taxas uniformes de remoção em padrões mais densos. Os gases especiais para deposição e corrosão também precisam de maior pureza para evitar interações que perturbem as estruturas GAA.

Materiais de encapsulamento ganham protagonismo

À medida que a potência dos chips e a largura de banda da memória aumentam, o encapsulamento avançado se torna uma alavanca de desempenho. Empresas japonesas como Ajinomoto Fine-Techno (conhecida pelos filmes de construção ABF), Resonac, Nissan Chemical, Sumitomo Bakelite e Namics estão ampliando a produção de materiais de preenchimento, encapsulantes, adesivos para colagem temporária e resinas para controlar o empenamento. A colaboração JOINT2, que reúne especialistas em materiais, a Rapidus e o Centro de Tecnologia de Semicondutores de Ponta do Japão, trabalha em processos de encapsulamento 3D que mantêm os chips alinhados e termicamente estáveis. Ferramentas de precisão de fabricantes japoneses de equipamentos dão suporte a essa mudança, tornando o encapsulamento tanto um desafio de materiais quanto uma disciplina de engenharia.

Os desafios dos 2 nm

O salto das atuais gerações avançadas de processo para os 2 nm não consiste simplesmente em reduzir o tamanho da grade. A tecnologia GAA muda a geometria dos transistores ao envolver o gate em torno de nanosheets ou nanofios. Isso melhora o controle do gate e ajuda a manter o desempenho em dimensões muito pequenas. Também exige a seleção cuidadosa de dielétricos de alta constante dielétrica, gates metálicos e metais para ajuste da função trabalho, além de um ambiente de sala limpa rigoroso. Qualquer traço de contaminação pode alterar as tensões de limiar ou criar caminhos de fuga.

A litografia EUV é outro pilar. Os padrões de 2 nm exigem etapas de múltipla padronização mais complexas, e as futuras ferramentas EUV de alta abertura numérica elevarão ainda mais a resolução. Isso aumenta as exigências para a química dos fotorresistes, as receitas de aquecimento após a exposição e a inspeção de defeitos. Os fotorresistes precisam equilibrar sensibilidade, resolução e rugosidade, minimizando defeitos estocásticos. Os solventes e produtos químicos de enxágue usados com esses fotorresistes não podem corroer nem inchar estruturas delicadas.

O encapsulamento agora é uma decisão de projeto fundamental. Aceleradores de IA combinam matrizes de computação com pilhas de memórias de alta largura de banda usando técnicas 2,5D e 3D. Interpositores, microesferas de solda, pilares de cobre e vias através do silício impõem novas exigências a adesivos, filmes de fixação de matrizes e materiais de interface térmica. Esses compostos controlam o estresse, reduzem o empenamento e dissipam o calor de conjuntos densos. As metas de desempenho dos 2 nm não serão alcançadas sem materiais de encapsulamento confiáveis, capazes de resistir a ciclos térmicos e longos períodos de uso.

Rapidus, apoio governamental e o ecossistema doméstico

A Rapidus está no centro do plano japonês de produzir chips de 2 nm no país. A empresa iniciou a produção-piloto em Chitose, Hokkaido, em abril de 2025 e demonstrou, com parceiros, elementos fundamentais de dispositivos GAA de 2 nm. A meta é fornecer amostras a clientes após as etapas de prototipagem e iniciar a produção em massa em 2027. O governo prometeu mais de 1,7 trilhão de ienes em apoio e criou novos mecanismos de investimento e garantias de empréstimos. Os formuladores de políticas também buscaram estabelecer salvaguardas, incluindo condições vinculadas ao financiamento público para proteger tecnologias essenciais e a governança corporativa.

O presidente da Rapidus, Atsuyoshi Koike, descreveu em termos diretos a dimensão do desafio. Ele apontou o aprendizado para elevar o rendimento e a confiabilidade como obstáculos decisivos para alcançar uma produção estável e em grande volume.

Desenvolver a tecnologia de produção em massa é extremamente difícil; confirmar o rendimento e garantir a confiabilidade são grandes obstáculos.

O que está em jogo vai além de uma única empresa. Se o Japão não conseguir consolidar a produção de chips lógicos de ponta, aumenta o risco de fornecedores de equipamentos e materiais transferirem capacidade para o exterior, acompanhando seus clientes. Por isso, o projeto da Rapidus foi concebido como uma plataforma para o ecossistema mais amplo, com desenvolvimento conjunto em materiais, metrologia, litografia e encapsulamento. A empresa está testando um fluxo de processamento de wafer único ou em lote para acelerar o retorno de informações e encurtar os ciclos de aprendizado. Também busca integrar as etapas inicial e final da fabricação para agilizar o atendimento a clientes de mercados de nicho.

A disponibilidade de profissionais qualificados continua sendo um entrave. A Rapidus enviou engenheiros a laboratórios parceiros para aprender processos avançados e também está recrutando no Japão e no exterior. As empresas de materiais fazem o mesmo, formando equipes perto das fábricas de clientes no Japão e na Coreia para dar suporte a testes rápidos e ajustes de processo no local.

Presença de empresas globais no Japão e demanda por fornecedores locais

O avanço japonês em materiais está ligado à instalação de novas unidades de produção no país. A subsidiária da TSMC em Kumamoto está se expandindo com uma segunda fábrica, aumentando a necessidade regional de wafers, produtos químicos e fotorresistes. A compra local reduz os prazos de entrega e melhora o controle de qualidade, algo valioso para acelerar a produção de novas gerações de processo.

A Samsung também está ampliando sua presença. A empresa planeja abrir em Yokohama um centro de pesquisa em encapsulamento avançado, com o objetivo de aprimorar as conexões entre processadores e memória para cargas de trabalho de IA. O laboratório vai trabalhar em conjunto com fornecedores japoneses de materiais e equipamentos e com universidades, reforçando a ligação entre pesquisa, linhas-piloto e produção comercial. Para líderes em encapsulamento como Namics e Resonac, a proximidade com o programa de P&D de um grande cliente oferece um caminho direto para desenvolver em conjunto materiais de preenchimento de próxima geração, filmes de fixação de matrizes e resinas com baixo empenamento.

Esses investimentos tornam o Japão um polo mais forte de materiais avançados, mesmo com a produção de wafers de 2 nm concentrada em diversas regiões. As fundições globais continuarão dependendo de wafers, fotorresistes e consumíveis japoneses. A combinação da demanda externa com novos polos domésticos cria uma base de clientes mais ampla para os fornecedores locais.

O que os 2 nm representam para a IA, os automóveis e o consumo de energia

As cargas de trabalho de treinamento e inferência de IA estão levando os data centers aos limites de capacidade energética e de refrigeração. Os chips de 2 nm, combinados com encapsulamento avançado e memória de alta largura de banda, buscam executar mais cálculos por watt. Isso pode reduzir as contas de energia e as pegadas de carbono das operadoras de nuvem, além de viabilizar modelos maiores e inferências mais rápidas para os usuários. Em dispositivos de borda, a maior eficiência permite mais inteligência embarcada em robôs, sistemas industriais, dispositivos vestíveis e eletrônicos domésticos.

As montadoras precisam de capacidade de processamento confiável para sistemas de assistência ao motorista e futuras funções autônomas. Também precisam de chips que resistam a variações de temperatura e tenham longa vida útil. Os materiais de encapsulamento e interconexão têm papel central nessa confiabilidade. O setor japonês como um todo, incluindo montadoras e empresas de eletrônicos, acompanha de perto os avanços em 2 nm, já que o acesso doméstico a chips lógicos de ponta pode acelerar o desenvolvimento conjunto e encurtar as cadeias de fornecimento.

Para prioridades nacionais que abrangem comunicações, saúde e defesa, a capacidade de produção de 2 nm aumenta a resiliência. Se houver capacidade de processamento crítica disponível em mais de uma região, os fabricantes de sistemas poderão diversificar suas fontes de fornecimento. A especialização japonesa em materiais dá ao país influência nesse modelo multirregional.

Riscos, limitações e respostas dos fornecedores

A expansão para os 2 nm traz riscos conhecidos. A entrada em produção de novas gerações de processo costuma enfrentar oscilações no rendimento, restrições de fornecimento de ferramentas essenciais e pressão sobre os custos. As ferramentas EUV de alta abertura numérica e os conjuntos de fotorresistes precisam alcançar receitas de produção estáveis. Garantir um número suficiente de engenheiros qualificados é um desafio para todo o setor, e a disputa por talentos é intensa. O financiamento é outro fator. Construir toda a estrutura de produção de 2 nm exige trilhões de ienes em capital, por isso serão necessários apoio público e investimento privado ao longo de vários anos.

As empresas de materiais estão se adaptando com algumas medidas claras. Estão instalando capacidade produtiva perto das fábricas dos clientes na Ásia e no Japão para viabilizar testes rápidos e entregas just in time. Também investem em produtos químicos mais ecológicos, sistemas de recuperação e tratamento de água para atender às normas ambientais. Muitas aprofundam parcerias de pesquisa com universidades e centros de P&D para acelerar mudanças nas formulações de fotorresistes para EUV, filmes de baixa constante dielétrica e compostos de encapsulamento termicamente condutores. Alguns fornecedores consideram formar joint ventures para dividir os riscos de fábricas caras.

A concorrência continua global. As fundições chinesas estão ampliando a produção em gerações maduras de processo e podem influenciar os preços e os padrões de fornecimento de materiais. Nas gerações avançadas, TSMC, Samsung e Intel definirão os parâmetros de processo que os fornecedores de materiais terão de atender. As empresas capazes de comprovar qualidade consistente em escala e ajudar os clientes a reduzir defeitos e variações ganharão participação de mercado.

Perspectivas para a liderança japonesa em materiais

O Japão pretende reconstruir sua posição no setor de semicondutores ao dominar camadas essenciais da cadeia produtiva nas quais é mais forte. Os materiais estão no centro dessa estratégia. Com a expansão da Tokyo Ohka Kogyo, Adeka, Shin-Etsu, SUMCO, Ajinomoto Fine-Techno, Resonac, Namics e outras empresas, o país está em posição de atender à primeira onda de fábricas de 2 nm no exterior e ampliar a capacidade doméstica. As metas governamentais de vendas de semicondutores produzidos no país até 2030 pressupõem avanços em ambas as frentes, com alianças de pesquisa e subsídios ajudando a reduzir as lacunas.

Entre os marcos a acompanhar estão a maturidade dos protótipos da Rapidus e seus primeiros contatos com clientes; os novos envios de fotorresistes EUV e produtos químicos de alta pureza para ferramentas de alta abertura numérica; os avanços em resinas e adesivos para encapsulamento 3D no âmbito da JOINT2; e o progresso das obras de expansão da TSMC em Kumamoto e da unidade de encapsulamento da Samsung em Yokohama. Cada um desses fatores sinaliza uma demanda maior por materiais japoneses.

O papel do Japão nos 2 nm não dependerá de uma única fábrica. Dependerá da confiabilidade de seu ecossistema de materiais em wafers, produtos químicos e encapsulamento. Se os fornecedores mantiverem a qualidade e inovarem junto com os clientes, poderão se tornar indispensáveis na próxima fase da fabricação de chips.

Pontos principais

• Os fornecedores japoneses de materiais estão aumentando os investimentos de capital para apoiar a produção de chips de 2 nm, visando tanto fundições no exterior quanto novos projetos no Japão.
• A Tokyo Ohka Kogyo planeja um novo complexo de fotorresistes EUV e produtos químicos de alta pureza perto de Seul, enquanto a Adeka moderniza equipamentos para produtos químicos avançados para chips.
• A Shin-Etsu Chemical e a SUMCO, que juntas detêm uma grande parcela do mercado global de wafers de 300 mm, estão ajustando seus substratos às tolerâncias mais rigorosas exigidas pelos 2 nm.
• Os materiais de encapsulamento são um foco de crescimento. Ajinomoto Fine-Techno, Resonac, Sumitomo Bakelite, Namics e outras empresas investem em materiais de preenchimento, adesivos e resinas com baixo empenamento.
• A colaboração JOINT2 reúne empresas de materiais, a Rapidus e o Centro de Tecnologia de Semicondutores de Ponta para avançar o encapsulamento 3D de chips da era da IA.
• A Rapidus iniciou a produção-piloto em 2025 e pretende alcançar a produção em massa em 2027, com apoio de mais de 1,7 trilhão de ienes em recursos públicos e medidas para proteger tecnologias essenciais.
• A TSMC está se expandindo em Kumamoto e a Samsung planeja um centro de P&D em encapsulamento em Yokohama, iniciativas que aumentam a demanda local por materiais e ferramentas japoneses.
• Os 2 nm exigem transistores GAA, avanços em fotorresistes EUV e pureza extrema em todas as etapas, elevando as exigências de consistência dos materiais e controle de defeitos.
• Entre os riscos estão o aprendizado para elevar o rendimento, a disponibilidade de ferramentas, a falta de profissionais qualificados e as necessidades de financiamento. Os fornecedores respondem com capacidade local, processos mais ecológicos e vínculos mais estreitos de P&D.