文章來源于探臻科技評論 ，作者周康林等

　　近日，全球缺芯潮導致芯片價格不斷上漲，甚至影響到了蘋果等巨頭的手機出貨。讓人意想不到的是，全球“缺芯潮”的重要原因之一，竟然是一家日本味精廠的產能不足。先暫不討論一家味精廠能否果真卡住全球半導體產業的脖子，但在日本確實存在這么一家企業——味之素集團，它以味精起家，成長為全球半導體行業不可忽視的材料供應商。他山之石，可以攻玉，這個故事對于我國半導體產業發展或許有新的啟示。

　　撰文 | 周康林

　　01

　　味之素的創立：谷氨酸鈉的故事

　　味精的主要成分是谷氨酸鈉，這是一種提取自海帶、大豆等植物之中的化學物質。1908年，日本帝國大學的化學教授池田菊苗率先發現這種神奇的鮮味物質，并與一位名叫鈴木三朗助的日本商人合作，共同成立公司，將產品命名為“味之素”，這便是味之素集團（Ajinomoto）的前身。

　　“味之素”一經問世便受到了大家的歡迎，時至今日，味精已經成為每家每戶必備的日常調味品。味之素集團也隨之發展壯大，將產品擴充至湯料、冷凍食品、氨基酸等領域，產品銷至100余個國家。2020年5月，味之素集團名列2020年福布斯全球企業2000強榜第1505位。

　　作為一家調味品、食品領域的企業，味之素是成功的，但同時也是典型的，發展路徑并沒有特殊之處。又是什么讓公司口號為“Eat Well， Live Well”的味之素走上半導體材料這條“不務正業”之路呢？

　　圖：味之素在我國銷售的“紅碗”牌味精

　　02

　　味之素轉型：從味精廠到半導體細分材料龍頭

　　味之素集團在機緣巧合下發現，制作味精的類樹脂副產物具備極佳的絕緣性能，似乎具有成為半導體絕緣材料的潛質。1996年，味之素公司對此新材料進行技術立項，開始了一場“味精廠大冒險”。

　　芯片又名集成電路，顧名思義，就是將數以億計的晶體管集成于一塊小小的芯片之中，通過晶體管的關斷和開啟分別表示“0”和“1”，從而傳遞信號、傳輸數據，以實現復雜的指令。而在連接芯片內部納米級電路和芯片外部毫米級電路的時候，就必須考慮電路之間的干擾問題，使用絕緣材料進行封裝。而傳統的絕緣材料是液態的絕緣油墨，需要對電路表面進行噴涂、晾曬、干燥，工藝非常復雜，并且由于噴涂均勻性、覆蓋率較難精準控制，絕緣效果并不理想。

　　圖：用絕緣油墨進行絕緣處理的流程

　　在新型絕緣材料的開發上，味之素集團當時的開發負責人竹內孝治（Koji Takeuchi），他跳出油墨材料思維定式，認為薄膜材料才是未來的方向。但在當時的技術環境下，一直沒找到符合產業化的薄膜材料。

　　此時，團隊中一名叫做中村茂雄（Shigeo Nakamura）的年輕員工，選擇了一種需要深度冷凍的樹脂。這一樹脂竟然完美符合理想材料的各種特性。隨后，中村茂雄不斷地拜訪機器制造商，終于找到了適合的將絕緣樹脂薄膜層壓到基材上的機器。最終，團隊在短短四個月內就完成了原型與樣品開發。革命性的味之素ABF材料（Ajinomoto Build-Up Film），又稱“味之素堆積膜”，便從此誕生，將其用于芯片封裝，大大提升了產品良率。

　　然而，即使找到了理想的絕緣材料，味之素集團仍面臨更為嚴峻的市場關。在研發成功后的近三年時間內，團隊都沒有為ABF材料找到市場。究其原因，第一，當時半導體產業已經習慣液態油墨作為絕緣材料，對硬質的ABF材料一時間難以適應；第二，ABF材料面臨著強有力的競爭對手——由德國拜耳化學、日本三菱瓦斯化學共同研發的BT樹脂材料，兩家公司都是具有深厚技術積累的化學材料巨頭；第三，味之素，一家味精廠，賣賣味精還可以，突然來做半導體材料，似乎怎么說也“名不正言不順”，沒有半導體公司為其背書，短時間內無法獲得業界信任，難以進入材料供應體系。在味之素后來拍攝的ABF研發紀錄片中有一個情節，在竹內孝治和中村茂雄帶著樣品拜訪客戶時，門口的保安一聽說他們是味之素集團的，直接指著旁邊樓上的小餐廳對他們說，順著樓梯走就到了。市場的冷遇無疑給團隊帶來了巨大的挫敗感。

　　這時，英特爾（Intel），當時全球最大中央處理器制造商出現了。1999年，英特爾已經是一家市值超過5000億美元的巨無霸公司。同年，英特爾發布 Pentium Ⅲ 500MHz處理器，采用0.25微米工藝，CPU核心由950萬個晶體管組成。隨著計算機操作系統從DOS向Windows轉變，個人計算機終端需求越來越大，CPU制程越來越精密，絕緣油墨已經很難滿足精細電路的要求，英特爾為尋找理想的新絕緣材料而感到十分頭疼。

　　圖：英特爾公司

　　直到英特爾發現味之素ABF材料，才得以一緩燃眉之急，迅速與味之素建立了合作。從此，一家味精廠與全球最大的CPU廠商發生了奇妙的交集，創造了一個半導體產業的傳奇故事。至2021年，ABF材料已經取得了巨大的成功，而中村茂雄，也從基層員工成為了味之素精密技術公司的總裁，二十余年光陰的一場豪賭，終于見到曙光。

　　圖：中村茂雄（右二）與同事

　　圖：芯片與ABF材料

　　ABF材料的推廣也并非暢通無阻，隨著21世紀智能手機與移動互聯網的浪潮到來，電腦出貨量不斷下降，而ABF材料適用于電腦使用的CPU，在早期智能手機之中沒有用武之地，價格也相對其他材料更為昂貴，不占優勢。ABF材料又再次陷入低谷，前景渺茫。直到后來，AI、大數據、云計算等技術使得高性能計算成為趨勢，CPU的晶體管密度越來越高，唯有ABF材料能跟上半導體先進制程的工藝進步，達到超細線路、超細線寬/線距的需求。此時ABF材料應用市場才重現曙光，直至今日，在計算機、智能手機、5G通信、自動駕駛汽車、云計算、物聯網設備之中，ABF材料都是不可或缺的關鍵成分。

　圖：ABF材料的應用領域

　　03

　　ABF材料推動了半導體產業發展進程

　　事實上，ABF材料對半導體產業的影響，遠不止于此。可以說，ABF材料直接引領了半導體先進封裝的進步。

　　芯片主要解決的是“計算”的問題，但要想接收運算指令、輸出運算數據，正常發揮功能，就需要與外部電路進行連接。所以，芯片是被安裝在印刷電路板（PCB）上的，PCB相當于芯片的底座，其上往往有幾塊甚至幾十塊芯片，PCB上也有密密麻麻的布線，從而起到連接各個電子元件的作用。如果說一塊芯片是一個“城池”，那PCB上的布線就是“城池”之間的“道路”。

　　但是，芯片怎么與PCB之間建立連接呢？之前，芯片與PCB之間多使用“引線框架”連接，也就是簡單粗暴地使用金屬絲將芯片的引腳與PCB連起來。而現在，在芯片的先進封裝工藝里，“封裝基板”的存在感越來越強。

　　圖：芯片、封裝基板與PCB的關系

　　封裝基板（Substrate）也叫做IC載板，相當于芯片與PCB之間的橋梁，將芯片與PCB互連所需的電氣結構全部封裝為一體。目前芯片的制程達到了5納米，而PCB的制程還處于毫米級，就像溪水東流入海還需要經過江河一樣，芯片到PCB也還需要封裝基板進行中間過渡。

　　而封裝基板的基材，正是用的ABF材料——通過對ABF板進行蝕刻、鍍銅等操作，形成一層又一層的導電圖形。使用ABF基材的封裝基板，最低可達到5/5微米的線寬/線距，可以說是“微雕”級別的水平了，實現再復雜的電氣結構都不在話下！ABF封裝基板基本上已經成了當今CPU、GPU等高端電子產品的指定“御用”材料和標準配置。從這個角度，ABF材料直接推動了半導體先進封裝的進步，也加速了芯片高復雜度、高集成化的演變趨勢。

　　圖：ABF材料應用于封裝基板

　　04

　　ABF材料真能卡住全球半導體產業鏈脖子嗎？

　　據國內最大晶圓代工（可以理解為芯片制造）企業中芯國際的內部人士透露，“目前，ABF基板的訂單交付時間已經由原來的8周左右延長到超過30周。”也有產業鏈消息稱，自2020秋季起，全球最大晶圓代工企業臺積電的ABF存貨就已不足，ABF材料缺貨可能會持續到2022年。

　　疫情影響疊加下游芯片需求突然增長，牛鞭效應使得供需緊張度在產業鏈上的傳導存在滯后。味之素并不能馬上擴產，ABF產能從立項規劃、產能爬坡到滿產狀態也至少需要一年以上時間。ABF材料的供不應求，確實一定程度上影響了芯片的出貨，尤其是高端硬件的出貨。

　　ABF材料真能卡住全球半導體產業鏈脖子嗎？先說結論，卡了，但沒有完全卡。

　　如果說“卡脖子”的定義是，缺貨就造成全球半導體產業鏈的癱瘓，那ABF材料并沒有如同阿斯麥公司（ASML）生產的光刻機一樣的魔力，因為畢竟還有BT樹脂、MIS樹脂等其他替代材料，其他的類ABF材料也有不少廠商在跟進研發之中。但是，不可否認的是，其他材料目前的性能、成本都無法與ABF材料匹敵，若ABF材料缺貨，短期內很難有一種材料能夠對其完美替代。

　　換句話說，如果味之素集團從此刻憑空消失，全球高端硬件的出貨數量與出貨質量也許會在5年或者更長的時間周期中受到不小的拖累。但是，倘若給其他公司足夠的時間、資金、人力進行研發，讓性能更優的ABF材料重新問世也并非不可預期的事情。

　　半導體與芯片，本質上就只是一種蘊含著高技術含量的商品。可以說，任何一種核心材料、設備都可以從“商業壟斷”與“技術壟斷”兩方面進行分析。

　　“商業壟斷”角度：以味之素為例，味之素ABF材料在商業上形成了一種“自然壟斷”。最初，味之素用于技術研發、設備購買、產能建設的固定投入是非常之高的。由于規模效應，味之素ABF材料的生產邊際成本在一定范圍內是遞減的，也就是說，ABF材料下游訂單數量越大，越能攤薄味之素集團的固定投入，每多生產一單位ABF材料帶來的新增成本就越低。這樣一來，味之素也可以壓低其ABF材料的銷售價格，其他企業若貿然進入，必將承受高固定投入與長期持續虧損的壓力。此外，半導體材料供應多采取“供應商認證”制度，新材料的轉換成本高，驗證流程復雜，味之素多年積累維護的客戶關系也是其地位牢固的原因。從而，不少企業都望而卻步，在投入產出核算的“經濟賬”的角度，味之素已經形成了“商業壟斷”。

　　“技術壟斷”角度：味之素對ABF 材料的研發已經持續了近30年，積累了數量龐大的專利，其他企業若想研發，只能從0到1、白手起家，再走一遍當年味之素走過的彎路。就算最終研發出來了，性能、質量也很難達到味之素ABF材料的水準。更為典型的“技術壟斷”例子，是芯片光刻機、航空發動機、操作系統、工業軟件等等，其背后的基礎理論復雜度、技術領先優勢、生產工藝難度都比ABF材料高了不止一個量級。而這些，才是我們更需要集中力量攻堅克難的領域。

圖：航空發動機

　　圖：光刻機

　　05

　　從味之素研發ABF看我國半導體產業發展

　　味之素研發ABF材料的故事，充滿戲劇性和理想主義色彩。而我們對待ABF材料的態度，既不能以“外強敘事”的口吻進行神化，也不可輕視自大。從中也許可以得到我國半導體產業乃至硬科技產業發展的幾點啟示。

　　啟示1：

　　“商業壟斷”與“技術壟斷”并非完全割裂，而是存在著緊密聯系，甚至可以互相轉換。最初，技術優勢可能會帶來成本/產品性能優勢，助力企業在市場上獲得競爭優勢，加速商業壟斷的形成。而商業壟斷給企業帶來的持續資金流入、客戶反饋、商業生態，給了企業再研發、技術迭代升級的動力，經過時間積累，技術優勢最終形成技術壟斷。

　　圖：技術優勢、商業壟斷與技術壟斷之間的關系

　　啟示2：

　　重視基礎研發與應用研究，啃硬骨頭。味之素集團從上世紀70年代就開始對環氧樹脂及復合材料進行基礎研究，厚積才能薄發，有了深厚的基礎研究積淀，才會有后來ABF材料的成功。雖說有機緣巧合的因素，但一家味精廠尚有如此擔當與遠見，著實讓人肅然起敬。萬丈高樓平地起，在硬科技領域，由最初基礎研發帶來的技術優勢，是后來所有輝煌商業故事的源頭。

　　啟示3：

　　在國外已經形成技術壁壘的領域，正視國內外技術差距，知恥后勇。由于起步慢、底子薄、西方政治封鎖等因素，我國在半導體領域，尤其是設計軟件、材料、設備領域與國外差距較大。如何打破核心領域技術壁壘，是一件涉及資金、人才、時間的復雜系統工程。板凳要坐十年冷，要正視國內外技術差距，摒棄“造不如買、買不如租”的思維，做好幾代人持續接力追趕的準備。

　　啟示4：

　　在國外尚未形成技術壁壘的新興領域，重點聚焦，彎道超車。在一些新興領域，國內外尚處于同一起跑線，甚至我國還具備后發優勢，這給予了我國趕超的契機。例如，中國有著全球最優質的通信環境和最發達的互聯網，這樣的沃土誕生了華為、中興等通信設備巨頭，也使得中國的通信技術、人工智能技術、云計算技術走在世界前列。此外，技術路線的顛覆，也可能給予新進入者以機會，例如味之素ABF材料就是以固態薄膜替代液態油墨，而阿斯麥光刻機則以“浸潤式光刻”替代“干式光刻”，新興技術路線有機會對傳統技術路線產生“降維打擊”。

　　啟示5：

　　融入全球產業鏈與商業生態，實現融合式、嵌入式發展。全球產業鏈半導體已經發展到了極度復雜、精細分工的狀態。一個小小的芯片組件，可能就是一個微縮的“地球村”，芯片設計可能在美國、中國，芯片的硅晶圓片可能來自日本、韓國、德國、法國、芬蘭，芯片生產可能在中國臺灣，光刻機來自荷蘭，光刻膠、濺射靶材來自日本。各國通力合作，你中有我，我中有你，像鏈條一樣環環相扣，任何一環的斷裂都會對整個產業鏈造成不可忽視的影響。換言之，任何一個掌握核心環節之一的國家，哪怕這個環節很小，也能夠擁有對整個產業鏈“一票否決”的話語權。

　　圖：半導體產業鏈

　　一個典型的例子就是日本，日本1990年在全球芯片市場的份額達到驚人的90%，而現在只有10%不到，在半導體領域的影響力似乎逐漸式微。但值得注意的是，日本目前占全球半導體材料市場份額達52%，占全球半導體設備市場份額達37%。在硅晶圓、光刻膠、鍵合引線、引線框架、模壓樹脂等半導體材料領域；在電子束描畫設備、涂布/顯影設備、清洗設備、氧化爐、減壓CVD設備、劃片機、探針器等半導體設備領域，日本企業都處于近乎壟斷的地位，有著極強的競爭力。每個細分領域，放在整個產業鏈之中看似乎是微不足道的，但“一招鮮，吃遍天”，整合起來就筑牢了日本半導體大國、半導體“隱形冠軍”的根基。

　　現在，全球半導體產業向中國轉移，但我國企業在關鍵軟件、材料、設備的市占率還不高。一方面，實現全面自主可控和國產替代雖“路漫漫其修遠”，但是是不可逆轉的潮流；另一方面，重視基礎研究、利用比較優勢、把握關鍵環節，在細分領域深耕、突破；同時，也需要認識到芯片本質是商品，積極融入全球半導體產業生態，實現融合式、嵌入式發展，提升自身話語權。

　　參考資料

　　[1]味之素集團官網https：//www.ajinomoto.com

　　[2] 一家日本味精廠真的卡住了全球芯片產業的脖子？https：//mp.weixin.qq.com/s/giXUDOJncJUr3JlGolIjkA

　　[3]深度丨芯片產業頂端，日本味之素風云https：//new.qq.com/rain/a/20210310A0DQ5E00

　　[4] 中國半導體材料行業現狀，大部分高端市場仍然被歐美和日本壟斷https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1704701275499865850&wfr=spider&for=pc

　　[5] 全球芯片短缺，根源在哪里？https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1692114124140174329&wfr=spider&for=pc

　　[6] 日本調味品巨頭味之素：一門關于味道的生意https：//mp.weixin.qq.com/s/bVwaBOmTOwQ78MWy8pKNng

　　[7] 一家日本工廠，竟是全球芯片荒的“元兇”？https：//mp.weixin.qq.com/s/nHQCjVkKCziBVVslkjyoPQ

　　[8] 熱點 | 全球“缺芯”，ABF材料再度引發關注https：//mp.weixin.qq.com/s/tUDWOE77FF0Zo5BdDadu8g

　　[9] 芯片大缺貨下的思考https：//mp.weixin.qq.com/s/1wJhyBTxOGLs6hZm95FUPQ

　　[10] PCB行業分析：從PCB、IC載板到類載板https：//zhuanlan.zhihu.com/p/115172285？utm_source=wechat_session&utm_medium=social&utm_oi=880030260824018944&utm_campaign=shareopn

　　[11] 半導體產業鏈全景解析https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1667931486844978125&wfr=spider&for=pc