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日本味之素4个月研发出的ABF 卡住了整个芯片产业 中国为何做不出

来源:企业专利观察/吴征

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一家日本味精企业,卡住了全球半导体芯片产业的脖子。

产能紧张已经成为近来半导体行业的热点问题。其中基板的缺货非常严重,而基板核心材料的ABF(Ajinomoto Build-up Film:味之素堆积膜),因为被日本味之素一家垄断,交付周期甚至已经长达30周。据传,台积电早在去年秋季,ABF的存货就不足了。

而媒体Digitimes更是预测,到2021年,ABF的供应依然会不足,这可能会严重影响芯片产能。

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这对本就产能紧张的半导体产业,又似投下了一颗“深水炸弹”。

为何这样一个并不引人瞩目的“小零件”,却能够波动整个半导体芯片产业?为何只有日本味之素占据了这么大的市场?中国为何不能自己生产?

如果在了解日本味之素这样一家食品公司,为何要开发ABF进军半导体产业,以及在此过程中付出的努力,或许更能清楚为何他是短时间难以替代的。

在日本味之素的官网上,有专门的一个纪录片,记录了ABF从诞生到投入到半导体芯片产业的过程,从中可以看到一项新技术从破壳而出到艰难被市场认可,直到做到全球霸主的完整历程,其中更是体现了日本人的“韧性”和“坚持”。

从ABF在1996年技术立项,经历多次失败,最终在四个月就完成了原型和样品的开发。此后却直到1998年都依然无法找到市场,期间研发团队面临解散。1999年,ABF最终被一家半导体领导企业所采用并推广,成为整个半导体芯片行业的标配。

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这一过程中,味之素的研发团队将研发、技术秘密和专利布局紧密配合,即使在最困难的找不到市场的三年,也始终坚信未来一定会有广阔的市场,没有忘记在全球进行知识产权保护,正是这种执着的信念,以及在全球不断构筑强大的技术壁垒,才使得味之素的ABF能够保持霸主地位至今,几乎占据了全球ABF市场。

下面一起来看下ABF的诞生与发展。

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在20世纪70年代,味之素开始对食品生产时的一些副产品的应用进行研究,对氨基酸化学在环氧树脂及其复合材料中的应用进行基础研究,发现一些物质具有极好的材料性能,可能用于电子行业的树脂和涂层剂。80年代,味之素的专利中就出现了一批应用于电子行业树脂方面的研究。20世纪90年代,随着从 MS-DOS 到 Windows 操作系统的过渡,个人计算机 CPU 大规模集成的兴起,以及终端从早期 CPU 中的约40个增加到今天的一千个端,对高级 CPU 基材的需求迅速增长。这导致从转向安装在包含复杂布线模式的多层电路基板上的CPU,从而对新的绝缘材料产生了迫切的需求。

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1996年,一家CPU制造商与味之素就利用氨基酸技术开发薄膜型绝缘体一事进行了接触。

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也正是这一需求,导致了CPU基板的先进绝缘体的发展。味之素虽然是该领域的后期进入者,但专注于薄膜,使其产品与传统的墨式绝缘体区别开来,并产生了一种材料,解决了在高性能 CPU 中使用传统绝缘体所带来的重大问题。

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电路集成的进步使得由纳米级电子电路组成的CPU成为可能。这些电路必须连接到电子设备和系统中的毫米级电子元件。这可以通过使用由多层微循环组成的CPU"床"来实现,称为"堆积基板"。

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ABF 有助于这些微米级电路的形成,因为它的表面容易接受激光处理和直接镀铜。如今,ABF 是形成电路的重要材料,用于引导电子从纳米级 CPU 终端流向印刷基板上的毫米级终端。

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味之素最终决定开发ABF这项工作,由竹内孝治(Koji Takeuchi)负责。

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竹内孝治1970就加入了味之素。

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竹内孝治在回忆当年他在味之素的老板对他提到要勇敢的做一些尝试,要在食品之外看看还能有哪些领域可以拓展味之素的业务。也正是基于这样的要求,竹内孝治开始了他的尝试。

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竹内孝治聚焦在计算机产业。在他名下的专利有近200件,其中大部分都是80-90年代的创造,尤其在应用于电子产品中的各类树脂研究方面,所以ABF最先在90年代末诞生在味之素并不奇怪,因为它早就在做着准备。

在这份订单的鼓舞下,竹内孝治与他的团队开始了研发工作。

在此之前,行业内认为墨水才是首选的基材,但应用和干燥它减缓了生产速度,引入了杂质,并创造了对环境有害的副产品。

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随着处理器越来越小,速度越来越快,印刷电路板制造商需要更好的绝缘材料来保持性能。而将液体变成薄膜就成为竹内孝治这个团队的首要任务,这也是ABF诞生的直接需求。

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面对这样的想法,团队里一些人员认为有点不切实际,毕竟当时主要的大厂还都在用液体墨水,这些大厂还在迟疑要不要向薄膜的方向上去做尝试。

但竹内孝治则非常兴奋,鼓舞团队的成员,认为在别人还在迟疑的时候,这正是他们的机会点。

虽然大部分人还是抱有迟疑的态度,但是有一个研究员却有着自己的想法   这个人就是后来ABF的发明人之一,中村茂雄(Shigeo Nakamura),他拥有用于绝缘电子电路板的材料背景。当时他还只是一个工作三年的新人。   直到现在回忆起来,中村茂雄都认为当时的自己基本没有什么经验,但是他却认为这种薄膜一定会有市场的。  

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是,他开始努力寻找合适的材料,一种既能提供力度,又能提供灵活性的产品。而且能够比墨水更能加速整个芯片的生产过程。

第一步,他需要确定制造薄膜需要哪些化合物,以及各个化合物的配比。这是一个长期的试验过程。

中村茂雄试图去制造一种膜,但是始终找不到适合电路板的方案。

中村茂雄尝试了很多种组合,但是依旧没有成功。

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有时看着一次一次试验的失败,中村抑制不住挫折的情绪。

直到有一天,中村茂雄看到之前曾经质疑的队友们都投入了紧张的研发之中,而且一些人很快就成为了这一领域的专家。

"当时真是年轻天真,"中村茂雄说,"我选择了一种需要深度制冷的树脂”。虽然他的赌博最终博对了,但紧接着下一个大障碍是找到一台机器将新的树脂薄膜层压到基材上。

 

幸运的是,在这一点,中村茂雄也成功了。最后,革命性的新材料——ABF,在短短四个月内就完成了。中村茂雄中村将团队的成功归功于毅力、时机,尤其是每个成员的独特才能。

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竹内孝治和中村茂雄于是带着样品来到这家主要的电子公司。

看门的大叔一听说来者是味之素的,直接指着旁边楼上的小餐厅对他们说,顺着楼梯走就到了。

当竹内孝治和中村茂雄和看门大叔说明来意后,连看门大叔都很诧异,一家食品公司,竟然能制造出与食品行业完全不同的产品。

竹内孝治将ABF样品递交给这家电子公司的代表后,可以看到从这个代表脸上露出的惊奇表情。这个代表对他们说,他们发出了很多产品邀约,但是迄今只有味之素一家真正的带来了样品。

但是这家电子公司最终考虑再三,还是没有从这家食品制造商手中订购这个薄膜产品。

无人订购,没有市场,对ABF的研发团队是一个巨大打击。此时,另外一个研发团队的主力,横田忠彦(Tadahiko Yokota),在项目最困难时,把他对ABF未来的担忧告诉了竹内。

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横田忠彦对竹内孝治说,如果他放弃ABF这个项目,团队就会解散,横田忠彦也会离开。

面对没有市场,团队面临解散的困境。在回忆起那段艰难岁月时,竹内孝治仍然信心满满的认为,ABF未来一定会有市场,而且坚信会成为味之素的重要产品。

由于此时ABF还不算是味之素的主要业务,因此未来前景如何,研发团队的人一时没有了信心。好在在竹内孝治的带领下,这个研发团队并没有放弃,还是在继续对ABF进行改进。

经历了团队的重组和压缩之后,对于ABF的研究改进一直在继续。到了1998年的秋天,终于又有一家大型公司对ABF产生了浓厚的兴趣。  

这是一家半导体领军企业的供货商,竹内孝治带着最新的ABF样品来到了这家公司。 这家公司的代表向竹内介绍了他们对于21世纪,高性能计算时代的判断。 并认为ABF是实现这一产业快速发展的关键。最终,在这家公司的带动下,ABF在1999年后终于逐渐出现在各类半导体芯片制造环节,并被整个半导体行业所接受。

如今,ABF已经被广泛的应用到半导体行业的方方面面,ABF也成为味之素公司的核心产品。味之素也从一家食品公司,延伸成为计算机元器件供应商。  

ABF诞生的故事,也是味之素集团意识到基础研究和应用研究的重要性,并将其发挥出来的一个经典案例。   味之素的ABF市场占有率稳步提升,成为半导体产业不可或缺的重要部件。   味之素公司发明ABF并推向市场的过程,只是无数技术创新者开发新技术的沧海一粟,但却极具代表性。

竹内团队幸运的只用四个月就发明了ABF,但同时他们也是历经磨难的,ABF最终被市场接受用了三年的时间,中间只要放弃了,这个产品应用的时间就不知道要推后多少年。

日本人在半导体材料领域这种不断摸索、试错和创新的精神,确实值得学习。

味之素ABF的研发过程中,竹内孝治团队将企业知识产权运用的非常到位,始终将核心秘密进行完整保护,同时辅以专利和商标等形式,为ABF建立起一个立体的知识产权保护网。

1996年ABF项目立项之后,竹内孝治、中村茂雄和横田忠彦等几位核心发明人只有为数不多的几件专利,从中村茂雄和横田忠彦在1996年5月份较早时期提交的JP09296256A“薄金属层-具有层间粘合剂膜用于多层印刷布线板,和使用相同的多层印刷布线板和其生产”这件专利,就可以看到竹内这个开发团队在ABF上已经取得了一定的成效了。

这一时期,味之素还很看重对这项还在萌芽技术的全球范围专利布局,除了日本之外,在美国、欧洲,甚至印度和越南都进行了布局,反而在中国并没有申请专利,较为意外。

从1996年到1999年,ABF正式被半导体领军大厂的供应链厂商所采购之前,竹内团队在ABF上的研发更加集中,专利成果也更多,终于在1999年开始了在中国申请专利。

但是与重点布局的韩国、美国、欧洲和德国相比,味之素显然还一直没有重视中国市场。

截至目前,味之素ABF的相关专利在中国只有10来件,真正有效的专利只有个位数,如CN101803483A“多层印刷电路板的制造方法”、CN101841979A“包覆有金属的层叠板”等。

那是否意味着中国企业在ABF自主开发上将会更有机会?

恰恰相反,ABF的开发依赖于大量的试验数据,而技术人员在其中总结的经验,也就是所谓的技术秘密,被味之素很好的保护起来,从公开的专利里很难反向得到,这也是味之素在ABF上的全球专利只有三、四百件左右的原因。更多的公开,不当的公开,反而会使得企业的核心机密遭到泄露。

所以企业一定要抛弃专利越多越好的理念,只有将企业的核心竞争力牢牢的掌握在自己手中,做到自主可控的知识产权保护,才是企业真正所需要的。

中国企业在ABF上要走的路,还很长。

成功没有捷径。

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