离谱！一家味精厂竟卡住了芯片产业的脖子
离谱！一家味精厂竟卡住了芯片产业的脖子
导读：日本味之素公司生产的ABF材料在芯片产业中占据重要地位，其垄断地位对中国芯片产业的自给自足构成挑战。本文深入探讨了ABF材料的起源、发展及其在芯片制造中的重要作用，分析了味之素公司的垄断地位，并探讨了这种材料对中国芯片产业的潜在影响。
2024年4月17日，美国《麻省理工科技评论》网站发布了一篇题为《为何中国芯片产业实现自给自足道阻且长？》的文章，内容提到：如今，在大多数笔记本电脑和数据中心芯片中，都有一个名为ABF的小组件。它是一层薄薄的绝缘膜，包裹在导电电线周围，对高性能芯片而言至关重要。全球用于制造这种绝缘体的90%以上的材料都是由日本一家味精食品公司生产的，几乎没有竞争对手。
中国正被以美国为首的封锁所逼，无法获得最先进的芯片技术。虽然像ABF这样的材料目前没有受到任何限制，但一家外国公司几乎控制一种不可或缺材料的供应，这一事实足以让中国政府感到担忧。
那么，一家生产味精的食品公司为什么会和芯片行业产生关系？全球各大芯片制造公司都离不开ABF的重要原因又是什么？ABF真能卡住中国乃至全球芯片产业的脖子吗？带着疑问，今天我们一起来看下。
味之素堆积膜：芯片封装离不开它
首先，上文提到的这家日本企业的名字叫做“味之素”，它是全球十大食品企业之一，其在全球拥有114家公司，主要生产氨基酸、加工食品，调味料、冷冻食品等。它的成名产品就是我们大家日常食用的味精。
味精的主要成分是谷氨酸钠，这是一种提取自海带、大豆等植物之中的化学物质。1908年，日本帝国大学的化学教授池田菊苗率先发现这种神奇的鲜味物质，并与一位名叫铃木三朗助的日本商人合作，共同成立公司，将产品命名为“味之素”，这便是味之素集团（Ajinomoto）的前身。
图：味之素在我国销售的“红碗”牌味精
这里就有人疑惑了，一家“味精工厂”为啥会和造芯片扯上关系？其实这是因为味之素公司在生产味精时所产生的一种副产物，在芯片生产环节中起到了关键作用，它就是ABF（Ajinomoto Build-up Film）又称“味之素堆积膜”，是一种用合成树脂类材料做成的薄膜，具有很好的绝缘性。
图：ABF(味之素堆积膜)
1970年，一名叫竹内光二的味之素员工在在机缘巧合下发现，制作味精的类树脂副产物具备极佳的绝缘性能，似乎具有成为半导体绝缘材料的潜质。1996年，味之素公司对此新材料进行技术立项，开始了一场“味精厂大冒险”。在公司的支持和团队的努力下，竹内成功将这种产品制造成了薄膜状，它的绝缘性，耐热能力都很好，还可以随意承接各种复杂的电路组合，而且还比较容易安装。这就是如今全世界芯片厂商都在用的味之素堆积膜（ABF）。
众所周知，芯片的制造过程极为复杂，芯片内部有数十亿个晶体管通过电路进行连接，电路之间还需要进行绝缘处理，用来保障每一层的晶体管电路互不干扰。传统工艺使用的绝缘材料是液态的，因此需要进行喷涂和晾晒，整个过程耗时长且工序很复杂，需要耗费大量人力、物力。
随着芯片制程工艺的不断进步，芯片产业急需一种拥有良好绝缘性、耐热性和易用性的新材料来解决芯片封装过程中的问题。而味之素做的 ABF 材料，刚好满足了芯片制造的苛刻要求。
ABF这种绝缘材料应用，大大降低了芯片制备成本，同时提高了生产效率，芯片良率上也有了更好的保证。随后，世界上各家知名芯片制造商都开始大量采购味之素生产的ABF，随着时间的积累，味之素堆积膜对全球半导体行业的影响也变得越来越大。
全球芯片巨头离不开ABF的根本原因
味之素堆积膜最初的发展并不顺利，虽然研发成功，味之素集团仍面临更为严峻的市场关。在研发成功后的近三年时间内，团队都没有为ABF材料找到市场。究其原因，第一，当时半导体产业已经习惯液态油墨作为绝缘材料，对硬质的ABF材料一时间难以适应；第二，ABF材料面临着强有力的竞争对手——由德国拜耳化学、日本三菱瓦斯化学共同研发的BT树脂材料，两家公司都是具有深厚技术积累的化学材料巨头；第三，味之素，一家味精厂，卖卖味精还可以，突然来做半导体材料，似乎怎么说也“名不正言不顺”，没有芯片公司为其背书，短时间内无法获得业界信任，难以进入材料供应体系。
终于在1999年，事情迎来了转机。英特尔发布 Pentium Ⅲ 500MHz处理器，采用0.25微米工艺，CPU核心由950万个晶体管组成。随着计算机操作系统从DOS向Windows转变，个人计算机终端需求越来越大，CPU制程越来越精密，绝缘油墨已经很难满足精细电路的要求，英特尔为寻找理想的新绝缘材料而感到十分头疼。直到英特尔发现味之素ABF材料，才得以一缓燃眉之急，迅速与味之素建立了合作。
此后，味之素堆积膜在各大芯片制造商中成为“网红”产品，成为了整个半导体芯片行业的标配。如果没有味之素堆积膜，英特尔、三星、高通等全球芯片巨头，便无法在高端芯片领域取得快速的发展。
美国《麻省理工科技评论》网站文章配图
那么，这个材料如此“吃香”，为什么没有其他企业参与进来与味之素竞争呢？其实，导致全球芯片巨头离不开ABF的根本原因有两点。
首先，成本控制低。味之素把 ABF 的利润压得足够低，做到量大利薄，其他企业插足进来很难实现盈利，因此也就没有企业愿意去竞争。之前，确实有很多企业盯上了该领域，投入资金去研发绝缘材料与味之素竞争，但最终因为研发成本、专利等因素而被迫放弃。
其次，技术足够高。越是制程先进的芯片，电路线宽越小，相应的绝缘材料原有的间隙也变得越小，这时候还需要填充进去，对绝缘材料要求自然很高。
味之素生产 ABF 材料拥有数十年的技术沉淀，其他企业虽然也能生产出来类似的材料，但是品质却不一定能够达到味之素的高标准，半导体厂商对芯片封装的要求苛刻，自然会选择质量有保证且价格合适的ABF材料。正如美国《麻省理工科技评论》网站文章所言，这并不是换掉ABF和引入新的绝缘体材料那么简单。芯片制造是一个极其复杂的过程，各部件之间相互依赖。改变一种材料可能需要对其他组件和整个过程进行更多连锁改变。
ABF材料真能卡住中国甚至全球芯片产业链的脖子吗？
先说结论，卡了，但没有完全卡。
如果说“卡脖子”的定义是，缺货就造成全球半导体产业链的瘫痪，那ABF材料并没有如同阿斯麦公司（ASML）生产的光刻机一样的魔力，因为毕竟还有BT树脂、MIS树脂等其他替代材料，其他的类ABF材料也有不少厂商在跟进研发之中。但是，不可否认的是，其他材料目前的性能、成本都无法与ABF材料匹敌，若ABF材料缺货，短期内很难有一种材料能够对其完美替代。
换句话说，如果味之素集团从此刻凭空消失，全球高端硬件的出货数量与出货质量也许会在5年或者更长的时间周期中受到不小的拖累。但是，倘若给其他公司足够的时间、资金、人力进行研发，让性能更优的ABF材料重新问世也并非不可预期的事情。
半导体与芯片，本质上就只是一种蕴含着高技术含量的商品。可以说，任何一种核心材料、设备都可以从“商业垄断”与“技术垄断”两方面进行分析。
“商业垄断”角度：以味之素为例，味之素ABF材料在商业上形成了一种“自然垄断”。最初，味之素用于技术研发、设备购买、产能建设的固定投入是非常之高的。由于规模效应，味之素ABF材料的生产边际成本在一定范围内是递减的，也就是说，ABF材料下游订单数量越大，越能摊薄味之素集团的固定投入，每多生产一单位ABF材料带来的新增成本就越低。这样一来，味之素也可以压低其ABF材料的销售价格，其他企业若贸然进入，必将承受高固定投入与长期持续亏损的压力。此外，半导体材料供应多采取“供应商认证”制度，新材料的转换成本高，验证流程复杂，味之素多年积累维护的客户关系也是其地位牢固的原因。从而，不少企业都望而却步，在投入产出核算的“经济账”的角度，味之素已经形成了“商业垄断”。
“技术垄断”角度：味之素对ABF 材料的研发已经持续了近30年，积累了数量庞大的专利，其他企业若想研发，只能从0到1、白手起家，再走一遍当年味之素走过的弯路。就算最终研发出来了，性能、质量也很难达到味之素ABF材料的水准。更为典型的“技术垄断”例子，是芯片光刻机、航空发动机、操作系统、工业软件等等，其背后的基础理论复杂度、技术领先优势、生产工艺难度都比ABF材料高了不止一个量级。而这些，才是我们更需要集中力量攻坚克难的领域。
图：航空发动机
图：光刻机
据美国《麻省理工科技评论》网站文章表述，目前，位于美国加州的Thintronics公司正在开发一种新的绝缘材料，希望能够挑战味之素的垄断地位。
而打破味之素垄断的努力不仅仅在美国！
在中国，至少有3家公司也在开发类似的绝缘体产品。2023年6月，陕西一家上市公司——天和防务表示，该公司已经顺利实现芯片基础材料领域布局，并推出“秦膜”系列高性能介质胶膜，给出了芯片基础材料领域国产化替代解决方案。目前，公司主要产品系列均已有意向客户，正处于样品测试和工艺匹配阶段；2024年4月，深南电路在互动平台表示：ABF材料可用于FC-BGA封装基板产品制造，公司现已具备FC-BGA封装基板14层及以下产品批量生产能力，14层以上产品具备样品制造能力，各阶产品对应的产线验证导入、送样认证等工作有序推进。
类似这样的企业大家还知道多少？欢迎在评论区讨论。