味之素积层膜

味之素积层膜（味の素ビルドアップフィルム、Ajinomoto Build-up Film，简称ABF）是日本食品企业味之素所开发的一种薄膜状绝缘材料，用于中央处理器（CPU）、图形处理器（GPU）等高效能芯片的封装基板。ABF贴覆在基板内逐层堆叠的铜电路之间，将各层电路彼此隔开，避免短路与讯号互相干扰。这款材料的名称直接取自味之素公司，因其原料源自该公司生产味精时的副产物。在全球高阶个人电脑与服务器芯片所用的封装基板绝缘膜市场上，ABF长年市占率超过95%，近乎垄断。

在ABF问世前，封装基板的绝缘层多以液态材料涂布而成，需经“涂布”与“干燥”两道工序、且得逐面施作，既耗时又容易在表面产生气泡与涂布不均，挥发性溶剂也不利作业人员健康。味之素改以薄膜形式制作绝缘材料，贴覆后即可一次加工，把繁复的多道工序简化为“贴上”一步，使绝缘层更平滑、厚度更均匀，并大幅缩短工时、提升品质。这项改变让芯片得以容纳更细密的电路，也使ABF成为英特尔、超微、辉达等业者制造最高效能芯片时不可或缺的材料。

ABF的技术源头可追溯至1970年代，味之素着手研究如何把氨基酸化学应用于环氧树脂，并逐步开发出CPU封装基板所需的绝缘材料；1999年，ABF首度为一家半导体厂商采用，此后几乎成为所有高效能CPU封装基板的首选，并持续改良至今。由ABF加工而成的封装基板，主要由日本的揖斐电与台湾的欣兴电子、南亚电路板、景硕科技等厂商生产。2020年至2021年间，这类基板一度供不应求，成为CPU与GPU出货的瓶颈。近年在人工智能与高效能运算需求带动下，ABF用量随封装基板面积与层数增加而攀升，使这项业务成为味之素获利率最高的部门之一。

## 研发历程

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ABF的原料来自味之素生产鲜味调味料的制程。该公司鲜味调味料的主成分为麸胺酸钠（味精），早年以化学合成方式制取其中的麸胺酸，后改以发酵甘蔗等原料生产。1960年代，味之素在合成麸胺酸的过程中发现，反应的中间产物可作为环氧树脂的硬化剂，这成为其电子材料事业的源头。味精制程的其他副产物同样获得利用：萃取麸胺酸后剩下的副产物可作为环氧树脂的软化剂；以食盐制造苛性钠时一并产生的氯，可制成阻燃剂氯化石蜡；生产肌苷酸、鸟苷酸等核苷酸系鲜味调味料所用的氧氯化磷，则可转制为含磷的阻燃剂磷酸酯。这些副产物后来成为构成ABF基底树脂的添加剂。1970年代，味之素成立精细化学事业，把氨基酸化学应用于环氧树脂及其复合材料，陆续开发出阻燃剂、黏着剂等功能性树脂。

推动ABF诞生的另一契机是个人电脑的普及。1990年代，个人电脑从MS-DOS转向Windows，CPU的积体化程度快速提高，对外接脚从早期的约40个增加到上千个，封装方式也从导线架改为将芯片安装在具复杂布线的多层电路基板上，对新式绝缘材料的需求随之升高。负责这项开发的中村茂雄于1992年自东京工业大学生物工学科毕业后进入味之素，原本希望投入食品研发，却被分发到电子材料部门，须以味精副产物的合成技术为基础，为主板与封装基板开发绝缘材料。他起初做出印刷电路板用的防焊漆等材料，技术上独到、甚至足以申请专利，却因当时毫无市场需求而完全卖不出去；这项尝试被判定没有前景，团队随之解散，入社仅第四年的中村一度被外派至子公司。

转机出现在1996年。中村的主管认为这条研究线不应就此埋没，设法保住“半导体封装基板层间绝缘膜”的开发，让他得以在近乎仅剩一人的紧缩体制下继续。当时CPU效能持续提升，业界需要能对应更细、更复杂布线的绝缘材料，味之素遂运用其氨基酸研究累积的树脂配方技术，将材料制成薄膜以大幅提升作业效率，这便是ABF。研发团队把有机环氧树脂、硬化剂与无机微粒填料混合，克服有机物与无机物难以均匀分散的难题，制成兼具高耐久性、低热膨胀与良好加工性的热固性薄膜。约两年后，ABF于1999年首度为一家半导体厂商采用，正式商业化。

此后ABF迅速成为高效能CPU封装基板的世界标准材料，也使味之素得以从低利润的素材事业跨入高利润的机能性材料领域。中村茂雄此后二十余年持续投入ABF相关事业，并于2025年2月接任味之素社长，成为该公司创业以来首位技术研发背景出身的最高经营者。

## 组成与结构

ABF整体为三层结构：底层是厚约38微米的PET支撑膜，作为底衬；中层为实际发挥绝缘作用、厚10至100微米的绝缘树脂膜；最上层则为保护膜。发挥绝缘功能的树脂层是ABF的核心，味之素官方说明其主成分为有机环氧树脂、硬化剂与无机微粒填料。制造时先按固定比例混合原料，调成称为“瓦尼斯”的溶液，再涂布于支撑膜上干燥成膜；较薄的绝缘层每层约20至30微米。

ABF的绝缘树脂长期以“环氧树脂搭配酚醛系硬化剂”为基础。这种组合虽然与铜箔密着性佳、绝缘可靠度高，但硬化反应会生成极性较高的二级羟基，使材料的介电特性变差；为了因应高频讯号的需求，味之素后续改用“环氧树脂搭配氰酸酯树脂”的硬化系统，硬化后不生成二级羟基、极性较低，可得到介电损耗较低的成品，再进一步以“活性酯”为硬化剂，让介电损耗又更低。这类材料组成上的持续调整，构成了ABF不同等级之间的主要差异。

## 材料特性

相较于液态绝缘材料，ABF所含挥发性溶剂较少，作业环境与操作性较佳，膜厚均匀、表面平滑，也较易达成高频传输所需的阻抗控制。作为封装基板的层间绝缘材料，ABF须同时满足多项严苛且时而相互冲突的要求，主要包括低热膨胀、低表面粗糙、良好的激光加工性与难燃性等。

在尺寸稳定方面，关键指标是线膨胀系数（CTE），即材料每升高摄氏一度、长度膨胀的比例（单位为每百万分之一，ppm/°C）。封装基板若在芯片安装或回焊等高温制程中因材料膨胀差异过大而翘曲，便会造成接合不良，因此层间绝缘材料须尽量降低CTE，使其接近铜的每摄氏度17ppm、甚至接近芯片的4ppm。在讯号传输方面，讯号在基板中的传送损失由导体损失与介电损失组成，其中介电损失与绝缘材料介电常数的平方根及介电损耗的乘积成正比，故须尽量降低介电常数与介电损耗。此外，当铜线表面因绝缘层粗糙而凹凸不平时，高频电流会因表皮效应集中于表面而增加讯号损耗与延迟，因此ABF也追求较低的表面粗糙度。在加工性上，ABF可用二氧化碳激光或紫外线激光钻出微孔，钻孔后残留于孔底的树脂胶渣可用高锰酸盐水溶液的除胶渣处理轻易去除，使上下电路层的导通可靠。难燃性亦为必要特性，业界并倾向采用不含卤素（氯、溴总含量在1,500ppm以下）的配方。凭借低介电与低损耗特性，ABF甚至被研究者用于毫米波等超高频场合，例如以其作为玻璃基板上的低介电材料，在高达220GHz的频段仍维持良好的电气性能。

## 制程与应用

ABF用于制作连接积体电路与印刷电路板的封装基板，其作用是在基板内部将多层铜电路彼此隔开，并支撑电路逐层往上堆叠。制程上，先于既有铜电路层上以真空叠层机贴覆一层ABF并加热硬化，接着在需与下层接通处以激光钻出微孔，再经除胶渣、镀铜形成新的铜电路层，其后覆贴下一层ABF并重复上述步骤，如此将绝缘层与铜电路层交替堆叠，即构成具积层法结构的封装基板。由于待贴合的铜电路表面并不平坦，贴膜时易夹入空气，业界采用两段腔室式真空叠层机：第一腔室在真空中积层以避免气泡，第二腔室再加热加压使树脂表面平滑；ABF受热后流动性佳，即使在低压下仍能无气泡地填平高低落差。表面平整后，便能以半加成法（先以无电解镀沉积一层薄铜作为种子层，再电镀加厚线路、蚀除线路间多余的种子薄铜）形成线宽与线距在20微米以下的微细配线。

在应用上，ABF主要用于覆晶球栅阵列封装（FC-BGA）这类高阶封装的基板。所谓覆晶，是把半导体芯片翻面、使端子朝下，透过焊球、铜柱或金凸块直接接到封装基板上；这种方式自1990年代起逐渐取代打线接合，广泛用于个人电脑与游戏机的CPU、GPU、芯片组、内存以及智能手机的应用处理器等。近年ABF更延伸至异质整合等先进封装：例如以ABF取代感光型介电材料，制作供多颗芯片整合的细线路重布线层基板，可得到更平坦的金属层与更好的电气表现。除消费性与资料中心用途外，ABF也应用于人工卫星等场合。ABF问世后，此类积层基板的制造效率与品质大幅提升，成为高密度连接（HDI）基板的主要积层材料。

## 产品系列

等级｜主要特点｜代表指标

GX3｜无卤难燃、堆叠导通孔｜线膨胀系数约60ppm/°C

GX13｜低CTE、高密度布线｜线膨胀系数约46ppm/°C

GX92｜低表面粗糙度｜表面粗糙度约350nm

New-GX｜更低CTE、高弹性率｜CTE约为GX13一半

GZ｜低介电损耗、适用高频｜介电损耗约0.0058（1GHz）

GL｜低介电损耗、低CTE、高Tg兼具｜2015年推出（最新系列）

味之素精细技术公司针对不同需求推出多个ABF系列。自1999年首款ABF量产后，该公司陆续推出SH（2001年）、GX（2004年）、GZ（2007年）、GC（2009年）、LE（2014年）与GL（2015年）等系列。整体研发沿两大主轴演进：一是降低材料受热时的变形（以降低线膨胀系数为目标），二是使表面更平滑（降低粗糙度）以利形成更细的配线；此外并发展出以低介电损耗为目标、供高频讯号传输的系列。ABF主要系列如下：

- GX3：较早广泛使用的版本，导入带反应性官能基的有机磷化合物，在维持难燃性（达UL-94V-0阻燃等级）的同时实现无卤化；其线膨胀系数约为每摄氏度60ppm，已能支援当时兴起、旨在提高布线密度的堆叠导通孔结构。
- GX13：GX3的低CTE化版本，线膨胀系数进一步降至约46ppm、较GX3低约25%。在导通孔持续小径化、多层堆叠导通孔结构日益普及而对尺寸稳定要求更高的背景下，GX13正是为满足这类高密度布线需求而推出。
- GX92：着重于降低表面粗糙度，改用疏水性更高的树脂并降低交联密度，以抑制除胶渣过程中的蚀刻量，使算术平均粗糙度由GX13的约650奈米降至约350奈米，能缩短半加成法的蚀刻时间、提升微细配线效率；同时借由调整高分子成分提升延伸率，使其在低粗糙度下仍能与镀铜维持良好密着。
- New-GX：在GX92的基础上再朝低粗糙、低CTE与高弹性率改良的次世代版本，除胶渣后表面几乎不见凹凸，为系列中最平滑者；其线膨胀系数约为GX13的一半、弹性率较GX92约提升1.5倍，适用于芯片面积较大的特殊应用积体电路（ASIC）、核心薄型化的覆晶芯片尺寸封装（FC-CSP）乃至无核心基板等用途。味之素并持续开发线膨胀系数降至约17ppm（接近铜）而仍维持低粗糙的下一代材料。

相对于上述同属GX系列、以“环氧树脂＋酚醛硬化剂”为基础的等级，2007年推出的GZ系列改采“环氧树脂＋氰酸酯”硬化系统，避免生成会提高极性的二级羟基，借此压低介电损耗，是针对高频应用而开发的等级；在物性表中，GZ的介电损耗（1GHz下约0.0058）为系列中最低、弹性率（约9GPa）最高、吸水率（0.5%）也最小。其后味之素更改以活性酯作为硬化剂，将介电损耗压得更低，在不同硬化系统的传送损失实测中表现最佳。

除上述型号外，味之素精细技术公司的现行产品线还包括GX系列中兼顾低表面粗糙度与低线膨胀系数的GX-T31，以及GZ系列中在低粗糙、低CTE之外再提高玻璃转化温度（Tg，即树脂受热由硬变软的温度，数值越高越耐热）的GZ-41。2015年推出的GL系列（如GL-102）则集低表面粗糙度、低介电损耗、低线膨胀系数与高Tg于一身。

## 产业与市场

ABF虽不为外界熟知，却是制作先进半导体封装基板的关键材料。据彭博社报导，多数最先进的芯片若缺少以ABF制成的基板便无法运作。ABF载板最早由英特尔于1990年代末开发更强大的微处理器时率先采用，随后成为个人电脑与服务器CPU封装的首选材料；其销售在2000年代初随网络热潮大增，2000年代末因智能手机取代个人电脑而一度受挫，约2018年起则因5G带动博通等网通芯片与服务器芯片采用而回升。味之素在ABF薄膜的全球市占率超过95%，官方一度称“接近100%”，公司主管则将实际数字修正为约95%。这项高市占也反映于获利表现：味之素含ABF在内的功能材料部门利润率远高于其核心的调味料与食品业务，据报导截至2026年3月的财年营业利益率预估达约54%，相较本业约15%的水准高出甚多。

以ABF加工而成的封装载板，其产业则由少数厂商主导。日本的揖斐电是最主要的供应商，长期为英特尔等业者供货；台湾的欣兴电子、南亚电路板与景硕科技则为主要的台系供应商，韩国亦有三星电机与LG Innotek等ABF载板业者。以景硕为例，其ABF载板全球市占率约6%，客户由早年的赛灵思扩及博通、辉达等。ABF载板的价格通常以每颗芯片计，一般约自50美分起跳，高阶服务器CPU用者则超过20美元。

这种高度集中的供应结构，使ABF载板在需求骤增时容易出现瓶颈。2020年至2021年间，ABF封装载板便出现显著供应短缺，成为当时芯片缺货潮的一环。这波缺料源于COVID-19疫情下个人电脑、游戏显卡与云端服务需求大增，而载板业者因过去景气循环的亏损经验对扩产态度保守，加上台系供应商高阶产品良率偏低（一度在七成或以下），使产能一时难以跟上。英特尔、辉达与超微的高层皆曾警告基板供应吃紧；据报导，博通主力路由器芯片的交期因基板短缺由63周延长至70周。欣兴电子的基板厂于2020年10月与2021年2月两度发生火灾，供应更形紧绷，促使超微将部分订单转往南亚电路板与景硕。英特尔亦证实其消费级芯片因ABF短缺而受影响，并优先确保服务器产品的供货。由于台积电同样难以取得足够的ABF载板，冲击扩及苹果、高通与三星等客户。业界当时预期，随着台湾与中国大陆新增产能陆续开出，供应紧张可望于2021年底至2022年间缓解，但整体供需吃紧的状况预料将持续至2025年前后。

近年在人工智能与高效能运算需求推动下，AI服务器所用的封装基板面积与层数大增，带动ABF用量与载板报价走高，也使味之素于2026年评估对ABF调涨价格、幅度可能达三成。为因应需求，揖斐电扩大为辉达AI芯片供应的载板产能；味之素亦规划在2030年前投资至少250亿日圆、将ABF产能提高五成，并透过子公司在岐阜县取得土地、自2028年起兴建预定2032年投产的新厂。

尽管ABF长年几乎是唯一选择、鲜有材料能撼动其地位，仍不乏挑战者。曾有传闻指三星电子着手开发类似ABF的绝缘材料，但未能成功而作罢。由于ABF长期由日本独家供应，在2019年日本收紧对韩国半导体材料出口、引发贸易摩擦之后，韩国推动关键材料国产化的过程中亦将其列为目标。LG化学、东进世美肯（Dongjin Semichem）与HNS Hitech等业者陆续投入积层膜的自主开发，其中东进世美肯于2025年公开名为“DJBF”的替代材料，力图降低对味之素近乎百分之百的依赖，但截至当时仍处于性能提升与基板测试阶段。台湾的中美晶集团亦曾宣布跨入ABF积层膜与防晶圆翘曲材料的领域。

在基板结构与替代技术层面，业界发展出去除核心层、仅以绝缘材料构成的无核心基板；这类基板2011年曾用于游戏机CPU，因薄型化与讯号特性佳而受瞩目，衍生出嵌入式线路基板（ETS）等形式，并持续开发专用的低热膨胀层间绝缘材料。在更长远的替代路线上，以玻璃作为封装基板核心的技术逐渐受到关注，被视为次世代高阶基板的可能方向之一。