近日，全球缺芯潮導(dǎo)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(chǎn)能不足。

先暫不討論一家味精廠能否果真卡住全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的脖子，但在日本確實存在這么一家企業(yè)——味之素集團，它以味精起家，成長為全球半導(dǎo)體行業(yè)不可忽視的材料供應(yīng)商。

他山之石，可以攻玉，這個故事對于我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展或許有新的啟示。

一、味之素的創(chuàng)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(xué)物質(zhì)。1908年，日本帝國大學(xué)的化學(xué)教授池田菊苗率先發(fā)現(xiàn)這種神奇的鮮味物質(zhì)，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(chǎn)品命名為“味之素”，這便是味之素集團（Ajinomoto）的前身。

“味之素”一經(jīng)問世便受到了大家的歡迎，時至今日，味精已經(jīng)成為每家每戶必備的日常調(diào)味品。味之素集團也隨之發(fā)展壯大，將產(chǎn)品擴充至湯料、冷凍食品、氨基酸等領(lǐng)域，產(chǎn)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(yè)2000強榜第1505位。

作為一家調(diào)味品、食品領(lǐng)域的企業(yè)，味之素是成功的，但同時也是典型的，發(fā)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(dǎo)體材料這條“不務(wù)正業(yè)”之路呢？

圖：味之素在我國銷售的“紅碗”牌味精

二、味之素轉(zhuǎn)型：從味精廠到半導(dǎo)體細分材料龍頭

味之素集團在機緣巧合下發(fā)現(xiàn)，制作味精的類樹脂副產(chǎn)物具備極佳的絕緣性能，似乎具有成為半導(dǎo)體絕緣材料的潛質(zhì)。1996年，味之素公司對此新材料進行技術(shù)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(shù)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(guān)斷和開啟分別表示“0”和“1”，從而傳遞信號、傳輸數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)復(fù)雜的指令。而在連接芯片內(nèi)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(tǒng)的絕緣材料是液態(tài)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(fù)雜，并且由于噴涂均勻性、覆蓋率較難精準(zhǔn)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(fā)上，味之素集團當(dāng)時的開發(fā)負責(zé)人竹內(nèi)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(dāng)時的技術(shù)環(huán)境下，一直沒找到符合產(chǎn)業(yè)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(nèi)就完成了原型與樣品開發(fā)。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(chǎn)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(yán)峻的市場關(guān)。在研發(fā)成功后的近三年時間內(nèi)，團隊都沒有為ABF材料找到市場。究其原因，第一，當(dāng)時半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)習(xí)慣液態(tài)油墨作為絕緣材料，對硬質(zhì)的ABF材料一時間難以適應(yīng)；第二，ABF材料面臨著強有力的競爭對手——由德國拜耳化學(xué)、日本三菱瓦斯化學(xué)共同研發(fā)的BT樹脂材料，兩家公司都是具有深厚技術(shù)積累的化學(xué)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(dǎo)體材料，似乎怎么說也“名不正言不順”，沒有半導(dǎo)體公司為其背書，短時間內(nèi)無法獲得業(yè)界信任，難以進入材料供應(yīng)體系。在味之素后來拍攝的ABF研發(fā)紀(jì)錄片中有一個情節(jié)，在竹內(nèi)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(dāng)時全球最大中央處理器制造商出現(xiàn)了。1999年，英特爾已經(jīng)是一家市值超過5000億美元的巨無霸公司。同年，英特爾發(fā)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(tǒng)從DOS向Windows轉(zhuǎn)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(jīng)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。

直到英特爾發(fā)現(xiàn)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(fā)生了奇妙的交集，創(chuàng)造了一個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的傳奇故事。至2021年，ABF材料已經(jīng)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(shù)公司的總裁，二十余年光陰的一場豪賭，終于見到曙光。

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(jì)智能手機與移動互聯(lián)網(wǎng)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(yōu)勢。ABF材料又再次陷入低谷，前景渺茫。直到后來，AI、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)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(dǎo)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(yīng)用市場才重現(xiàn)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(lián)網(wǎng)設(shè)備之中，ABF材料都是不可或缺的關(guān)鍵成分。

圖：ABF材料的應(yīng)用領(lǐng)域

三、ABF材料推動了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展進程

事實上，ABF材料對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的影響，遠不止于此?？梢哉f，ABF材料直接引領(lǐng)了半導(dǎo)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(shù)據(jù)，正常發(fā)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(dāng)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(xiàn)在，在芯片的先進封裝工藝?yán)铮胺庋b基板”的存在感越來越強。

圖：芯片、封裝基板與PCB的關(guān)系

封裝基板（Substrate）也叫做IC載板，相當(dāng)于芯片與PCB之間的橋梁，將芯片與PCB互連所需的電氣結(jié)構(gòu)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(jīng)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(dǎo)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(xiàn)再復(fù)雜的電氣結(jié)構(gòu)都不在話下！ABF封裝基板基本上已經(jīng)成了當(dāng)今CPU、GPU等高端電子產(chǎn)品的指定“御用”材料和標(biāo)準(zhǔn)配置。從這個角度，ABF材料直接推動了半導(dǎo)體先進封裝的進步，也加速了芯片高復(fù)雜度、高集成化的演變趨勢。

圖：ABF材料應(yīng)用于封裝基板

四、ABF材料真能卡住全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈脖子嗎？

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

疫情影響疊加下游芯片需求突然增長，牛鞭效應(yīng)使得供需緊張度在產(chǎn)業(yè)鏈上的傳導(dǎo)存在滯后。味之素并不能馬上擴產(chǎn)，ABF產(chǎn)能從立項規(guī)劃、產(chǎn)能爬坡到滿產(chǎn)狀態(tài)也至少需要一年以上時間。ABF材料的供不應(yīng)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈脖子嗎？先說結(jié)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的癱瘓，那ABF材料并沒有如同阿斯麥公司（ASML）生產(chǎn)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(fā)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(nèi)很難有一種材料能夠?qū)ζ渫昝捞娲?/p>

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(shù)量與出貨質(zhì)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(fā)，讓性能更優(yōu)的ABF材料重新問世也并非不可預(yù)期的事情。

半導(dǎo)體與芯片，本質(zhì)上就只是一種蘊含著高技術(shù)含量的商品?？梢哉f，任何一種核心材料、設(shè)備都可以從“商業(yè)壟斷”與“技術(shù)壟斷”兩方面進行分析。

“商業(yè)壟斷”角度：以味之素為例，味之素ABF材料在商業(yè)上形成了一種“自然壟斷”。最初，味之素用于技術(shù)研發(fā)、設(shè)備購買、產(chǎn)能建設(shè)的固定投入是非常之高的。由于規(guī)模效應(yīng)，味之素ABF材料的生產(chǎn)邊際成本在一定范圍內(nèi)是遞減的，也就是說，ABF材料下游訂單數(shù)量越大，越能攤薄味之素集團的固定投入，每多生產(chǎn)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(yè)若貿(mào)然進入，必將承受高固定投入與長期持續(xù)虧損的壓力。此外，半導(dǎo)體材料供應(yīng)多采取“供應(yīng)商認證”制度，新材料的轉(zhuǎn)換成本高，驗證流程復(fù)雜，味之素多年積累維護的客戶關(guān)系也是其地位牢固的原因。從而，不少企業(yè)都望而卻步，在投入產(chǎn)出核算的“經(jīng)濟賬”的角度，味之素已經(jīng)形成了“商業(yè)壟斷”。

“技術(shù)壟斷”角度：味之素對ABF 材料的研發(fā)已經(jīng)持續(xù)了近30年，積累了數(shù)量龐大的專利，其他企業(yè)若想研發(fā)，只能從0到1、白手起家，再走一遍當(dāng)年味之素走過的彎路。就算最終研發(fā)出來了，性能、質(zhì)量也很難達到味之素ABF材料的水準(zhǔn)。更為典型的“技術(shù)壟斷”例子，是芯片光刻機、航空發(fā)動機、操作系統(tǒng)、工業(yè)軟件等等，其背后的基礎(chǔ)理論復(fù)雜度、技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢、生產(chǎn)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(lǐng)域。

圖：航空發(fā)動機

圖：光刻機

五、從味之素研發(fā)ABF看我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展

味之素研發(fā)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(tài)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)乃至硬科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的幾點啟示。

啟示1：

“商業(yè)壟斷”與“技術(shù)壟斷”并非完全割裂，而是存在著緊密聯(lián)系，甚至可以互相轉(zhuǎn)換。最初，技術(shù)優(yōu)勢可能會帶來成本/產(chǎn)品性能優(yōu)勢，助力企業(yè)在市場上獲得競爭優(yōu)勢，加速商業(yè)壟斷的形成。而商業(yè)壟斷給企業(yè)帶來的持續(xù)資金流入、客戶反饋、商業(yè)生態(tài)，給了企業(yè)再研發(fā)、技術(shù)迭代升級的動力，經(jīng)過時間積累，技術(shù)優(yōu)勢最終形成技術(shù)壟斷。

圖：技術(shù)優(yōu)勢、商業(yè)壟斷與技術(shù)壟斷之間的關(guān)系

啟示2

重視基礎(chǔ)研發(fā)與應(yīng)用研究，啃硬骨頭。味之素集團從上世紀(jì)70年代就開始對環(huán)氧樹脂及復(fù)合材料進行基礎(chǔ)研究，厚積才能薄發(fā)，有了深厚的基礎(chǔ)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(dān)當(dāng)與遠見，著實讓人肅然起敬。萬丈高樓平地起，在硬科技領(lǐng)域，由最初基礎(chǔ)研發(fā)帶來的技術(shù)優(yōu)勢，是后來所有輝煌商業(yè)故事的源頭。

啟示3

在國外已經(jīng)形成技術(shù)壁壘的領(lǐng)域，正視國內(nèi)外技術(shù)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(dǎo)體領(lǐng)域，尤其是設(shè)計軟件、材料、設(shè)備領(lǐng)域與國外差距較大。如何打破核心領(lǐng)域技術(shù)壁壘，是一件涉及資金、人才、時間的復(fù)雜系統(tǒng)工程。板凳要坐十年冷，要正視國內(nèi)外技術(shù)差距，摒棄“造不如買、買不如租”的思維，做好幾代人持續(xù)接力追趕的準(zhǔn)備。

啟示4

在國外尚未形成技術(shù)壁壘的新興領(lǐng)域，重點聚焦，彎道超車。在一些新興領(lǐng)域，國內(nèi)外尚處于同一起跑線，甚至我國還具備后發(fā)優(yōu)勢，這給予了我國趕超的契機。例如，中國有著全球最優(yōu)質(zhì)的通信環(huán)境和最發(fā)達的互聯(lián)網(wǎng)，這樣的沃土誕生了華為、中興等通信設(shè)備巨頭，也使得中國的通信技術(shù)、人工智能技術(shù)、云計算技術(shù)走在世界前列。此外，技術(shù)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(tài)薄膜替代液態(tài)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(shù)路線有機會對傳統(tǒng)技術(shù)路線產(chǎn)生“降維打擊”。

啟示5

融入全球產(chǎn)業(yè)鏈與商業(yè)生態(tài)，實現(xiàn)融合式、嵌入式發(fā)展。全球產(chǎn)業(yè)鏈半導(dǎo)體已經(jīng)發(fā)展到了極度復(fù)雜、精細分工的狀態(tài)。一個小小的芯片組件，可能就是一個微縮的“地球村”，芯片設(shè)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(chǎn)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(huán)環(huán)相扣，任何一環(huán)的斷裂都會對整個產(chǎn)業(yè)鏈造成不可忽視的影響。換言之，任何一個掌握核心環(huán)節(jié)之一的國家，哪怕這個環(huán)節(jié)很小，也能夠擁有對整個產(chǎn)業(yè)鏈“一票否決”的話語權(quán)。

圖：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)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(xiàn)在只有10%不到，在半導(dǎo)體領(lǐng)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(dǎo)體材料市場份額達52%，占全球半導(dǎo)體設(shè)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(dǎo)體材料領(lǐng)域；在電子束描畫設(shè)備、涂布/顯影設(shè)備、清洗設(shè)備、氧化爐、減壓CVD設(shè)備、劃片機、探針器等半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域，日本企業(yè)都處于近乎壟斷的地位，有著極強的競爭力。每個細分領(lǐng)域，放在整個產(chǎn)業(yè)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(dǎo)體大國、半導(dǎo)體“隱形冠軍”的根基。

現(xiàn)在，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向中國轉(zhuǎn)移，但我國企業(yè)在關(guān)鍵軟件、材料、設(shè)備的市占率還不高。一方面，實現(xiàn)全面自主可控和國產(chǎn)替代雖“路漫漫其修遠”，但是是不可逆轉(zhuǎn)的潮流；另一方面，重視基礎(chǔ)研究、利用比較優(yōu)勢、把握關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在細分領(lǐng)域深耕、突破；同時，也需要認識到芯片本質(zhì)是商品，積極融入全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)生態(tài)，實現(xiàn)融合式、嵌入式發(fā)展，提升自身話語權(quán)。

參考資料

[1]味之素集團官網(wǎng)https://www.ajinomoto.com

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

[3]深度丨芯片產(chǎn)業(yè)頂端，日本味之素風(fēng)云https://new.qq.com/rain/a/20210310A0DQ5E00

[4] 中國半導(dǎo)體材料行業(yè)現(xiàn)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(diào)味品巨頭味之素：一門關(guān)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(fā)關(guān)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(yè)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈全景解析https://baijiahao.baidu.com/s?id=1667931486844978125&wfr=spider&for=pc