搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第148期,对话华东理工大学教授、博士生导师曾惠丹。
嘉宾简介:
曾惠丹,华东理工大学教授、博士生导师,玛丽居里学者。上海电子化学品创新研究院首席研究员、中国硅酸盐学会理事,主要研究方向为特种玻璃和电子浆料,研究应用于光电子器件、半导体和电子元件的特种钝化材料/封装基板和电极浆料。
出品|搜狐科技
作者|张雅婷
编辑|杨锦
或许很少有人能料到,一种来自日本的布,竟会掐住全球AI芯片巨头的“咽喉”。
高端电子玻璃纤维布,是芯片基板和印刷电路板不可或缺的核心骨架,由大概100-200 根单丝直径为4-7微米的玻璃纱股编织而成布后,再与树脂、铜箔等材料复合,经过图形蚀刻、钻孔镀铜等精密工艺制成。
随着AI热潮带来的AI芯片需求爆发式增长,日东纺生产的高端电子玻璃纤维布供应日趋紧张,甚至陷入“一布难求”的局面。为确保供应稳定,英伟达CEO黄仁勋近日亲自登门拜访日东纺,苹果公司也正积极向日本政府官员寻求支援。
在这场没有硝烟的供应链战争中,日东纺成为了最大赢家。这个成立于1923年的日本企业从棉纺织起家,至今已经有100多年的历史,目前在高端玻纤布市场垄断了全球90%以上的份额。
华东理工大学教授、博士生导师、玛丽居里学者曾惠丹告诉搜狐科技,之所以日东纺能处于垄断地位,一方面源于其长达40年的领先优势与专利保护,另一方面则在于其对原材料纯度、加工工艺及生产设备等方面的技术壁垒。
此外,芯片基板的认证周期通常长达2至3年,英特尔、三星等顶级客户不会轻易更换供应商。而电子玻纤行业本身具有投入大、周期长的特点,从筹备到产能爬坡再到良品率提升,往往需要三年以上时间,这也让许多潜在竞争者望而却步。
那么,中国在电子玻纤布市场处于什么样的位置?有何发展机遇?曾惠丹认为,在中低端市场,中国应该是全球第一。但是在最高端的产品,国内更多是技术、论文上突破,或者个别公司测试的性能达到了,但也尚未形成稳定量产能力。
“尽管最近几年日东纺的主导地位不会改变,但在高端电子玻纤布市场上,中国技术上已经实现了从0到1的突破,未来还是很乐观的。”
以下为搜狐科技与曾惠丹教授的对话实录:
搜狐科技:请您用通俗的语言解释一下什么是玻璃纤维布?主要有哪些种类?
曾惠丹:大家对纤维应该很熟悉,就像拔丝香蕉拔出来的丝一样,那将一根根玻璃纤维,像织衣服一样,织成一块块的布,就叫玻璃布。
玻璃纤维布有很多种,比如按厚薄、形态,现在大家一般会按功能分类,比如强调低介电性能的低玻纤,代表有日东纺的NE-glass产品;强调高强性能的玻璃纤维,比如风机叶片用的S玻纤;强调低膨胀的纤维,代表有日东纺的T-glass。
搜狐科技:制造生产主要包括哪些环节?
曾惠丹:首先是原料,像低膨胀和低介电玻纤,都包含了高纯度的氧化铝和二氧化硅;第二,由于原料含量高,熔制温度要求极高,加热要到1650度,重要部位都要用铂金材料熔制;第三是拉丝,要通过有小孔的铂铑合金漏板拉成3到7微米的细丝,这种合金在高温下才不容易软化或堵塞;第四,为了防止粘连,会喷浸润剂做表面处理,因为后面要跟有机材料树脂复合,需要良好的界面处理。
搜狐科技:玻纤布的成本占比大概多少?
曾惠丹:玻璃纤维在PCB板中的成本大概是10%,现在根据芯片不同,可能占比也存在差异。
搜狐科技:最近,日东纺生产的高端电玻纤布陷入短缺,苹果和高通这些科技巨头都在抢购。这种布,在AI芯片里面发挥着什么样的作用?
曾惠丹:日东纺是玻纤行业的标杆,低介电和低膨胀这两款玻纤都是最好的。
所谓的低介电,意思是在高频环境下,介电值越小,信号传输速度就越快,那么在高频高速应用中表现更好,比如AI芯片、微波雷达等,功耗和发热会很小,可以推动电子设备向更高速、更高频、高集成化发展,实现低延迟、低损耗、低干扰的传输。
低膨胀意思是受热时的膨胀形变小,日东纺的低膨胀玻纤膨胀系数小于3PPM,普通的窗玻璃大概是8PPM。AI芯片和大算力服务器是24小时、365天运行的,会有热量产生,正常东西受热会膨胀形变,导致芯片可靠性无法保证。这种低膨胀的T-glass可以抑制翘曲和形变,对尺寸稳定性极其重要。
搜狐科技:您觉得高端玻纤布短缺的主要原因是什么?
曾惠丹:首先是市场的快速扩张,AI、大数据发展太快,对数据处理要求变高,另外就是存在技术门槛,产量不能快速提升。
搜狐科技:高端玻纤布的技术壁垒能具体说说不?
曾惠丹:第一是纤维粗细的均匀度,如果不均匀会影响介电和机械强度;第二是配方技术;第三是高温熔制时容易产生气泡,一旦有气泡丝就容易断,电性能也会差。此外,对原料杂质控制极严,对生产环境、耐火材料的洁净度,以及对窑炉的耐高温要求都很高。比如,做其他玻璃,普通的窑炉能用十年,但做这个温度高,可能只能用三年。
搜狐科技:国内企业和日东纺的差距主要在哪?
曾惠丹:常规电子布(E玻璃超细纱)差异不大,日东纺在二代LDK/LCTE电子布方面优势比较明显。国内最近几年才突破,日东纺已经量产了40年。国内泰山玻纤、国际复材、南京玻纤院、光远新材等企业都在做,但还是技术水平有差距,比如国内良品率大概在70%到80%,日东纺在95%以上,在产能方面国内不足日东纺的20%。而且日东纺对中国是限制销售的,有些牌号不卖给国内企业,所以国家这几年都在大力支持AI应用场景电子玻纤布市场的发展。
搜狐科技:您觉得国产替代有可能实现吗?最快什么时候?
曾惠丹:2027年以前高端产能还比较难,但长期来看国产替代是乐观的。首先技术路线上已经实现了0到1的突破,后续随着生产的放量,包括与客户合作粘性的增加,会慢慢起来。此外,石英玻纤也在快速发展,石英纤维介电性能更好,虽然贵且产能还没上去,但相信也是有发展前景的。但之后在细分市场会有很好表现。
搜狐科技:您觉得未来企业竞争格局会发生什么样的变化?
曾惠丹:因为日东纺供应很紧张,像英伟达这类芯片企业也不希望被上游供应链公司困住,所以都是在支持新公司的成长。我觉得大概五六年后,甚至更短时间,有些细分市场还是会被中国企业占领的。
搜狐科技:AI对高端玻纤布的需求增长趋势会持续吗?
曾惠丹:会持续爆发,随着自动驾驶、工业制造等应用场景的拓展,服务器和芯片需求的增加,玻纤布的需求就会增加。另外,芯片封装技术也在升级,层数越来越多,需求同样是持续增长的。
搜狐科技:随着AI的爆发,您所在的领域迎来了更大的发展机遇?
曾惠丹:材料人的春天来了,以前做玻璃被看作传统建材,现在发现跟芯片密切相关,大家很有干劲,学生就业也更好了。我们和业界交流时也了解到,像宏和科技、国际复材、泰山玻纤这些公司都在加班加点生产,电子纱板块目前供不应求。