Ajinomoto und ABF: Das verborgene Material hinter KI-Chips

Der grösste Teil der Aufmerksamkeit rund um den KI-Boom gilt Nvidia, TSMC und hochmodernen Chipfabriken. Doch ausgerechnet ein japanischer Lebensmittel- und Chemiekonzern, der eher für Instantnudeln als für Nanometer bekannt ist, stellt heute rund 95% eines Materials her, ohne das sich fortschrittliche Chips nicht fertigen lassen.

Von Instantnudeln zum unersetzlichen Chipmaterial

In Japan kennt praktisch jeder Ajinomoto als Marke für Würzmittel, MSG und Instantsuppen. Formal handelt es sich um einen breit aufgestellten Lebensmittel- und Chemiekonzern mit Milliardenumsätzen pro Jahr. Tatsächlich ist das Unternehmen zugleich zu einem unauffälligen Grundpfeiler des Halbleiterzeitalters geworden.

Diese überraschende Bedeutung beruht auf einem Produkt namens Ajinomoto Build-up Film, kurz ABF. Die extrem dünne Isolierfolie befindet sich im Substrat, das einen Chip mit den übrigen Komponenten eines Geräts verbindet. Sie wirkt unscheinbar, lässt sich jedoch kaum ersetzen.

ABF ist eine Isolierfolie für fortschrittliche Chipgehäuse; Schätzungen zufolge deckt Ajinomoto mehr als 95% der weltweiten Nachfrage.

Ohne ABF hätten die modernsten Prozessoren der Welt grosse Schwierigkeiten, die Fabrik zu verlassen. Dazu zählen auch Nvidias jüngste KI-Beschleuniger, die von Diensten im Stil von ChatGPT bis zu grossen Rechenzentren von Unternehmen alles antreiben.

Wie ein kulinarischer Durchbruch zu Hightech-Materialien führte

Die Umami-Geschichte als Ausgangspunkt

Ajinomotos Weg in die Hochtechnologie begann in einer völlig anderen Zeit. 1908 isolierte der Tokioter Chemiker Kikunae Ikeda Glutamat aus einer Algenbrühe, als er einen neuen Geschmack erforschte, den er Umami nannte. Im darauffolgenden Jahr wirkte er an der Gründung von Ajinomoto mit, wörtlich „die Essenz des Geschmacks“.

Zunächst konzentrierte sich das Unternehmen auf Fermentation, Biologie und Lebensmittelchemie. Dieses Know-how über Moleküle und industrielle Verfahren schuf später die Basis für Spezialchemikalien und letztlich für elektronische Materialien.

Aus Abfall wird ein strategischer Rohstoff

In den 1970er-Jahren fielen bei Ajinomotos Aminosäureproduktion grosse Mengen chemischer Nebenprodukte an. Diese Rückstände waren problematisch: Sie mussten aufbereitet, wiederverwertet oder entsorgt werden, was jeweils Kosten verursachte.

Die Forschungsteams schrieben sie jedoch nicht einfach ab, sondern untersuchten ihre physikalischen und elektrischen Eigenschaften. Einige Verbindungen erwiesen sich als ungewöhnlich hitzestabil und stark isolierend. Damals wusste allerdings niemand genau, wie sie genutzt werden könnten.

Zwei Jahrzehnte später lieferte die Halbleiterbranche Ajinomoto den idealen Anwendungsfall.

Als Intels Miniaturisierung an Grenzen stiess

1996: Herkömmliche Materialien versagen

Mitte der 1990er-Jahre verkleinerten Chiphersteller wie Intel ihre Schaltungen so stark, dass ältere isolierende Tinten nicht mehr mithalten konnten. Je näher Metallleiterbahnen zusammenrückten, desto mehr Probleme traten auf: eingeschlossene Luftblasen, unzureichende Trocknung, Verunreinigungen und steigende Ausschussraten in der Produktion.

Intel und seine Zulieferer suchten deshalb nach einem anderen Verfahren. Statt Isoliermuster wie Tinte aufzudrucken, sollte eine durchgehende Folie laminiert und anschliessend präzise geätzt werden.

Die Frage der Branche an Ajinomoto lautete: Können Sie Ihre Spezialchemie in eine stabile, ultradünne Isolierfolie verwandeln, die die Chipproduktion übersteht?

Vier Monate verändern die Chipgehäuse

Ajinomoto nahm die Herausforderung an. Chemiker und Werkstoffingenieure arbeiteten mit hohem Tempo und kombinierten Erfahrungen aus der Lebensmittelchemie mit Polymerwissenschaft. Nach ungefähr vier Monaten hatten sie etwas Neues entwickelt: eine gleichmässige, extrem reine Folie, die auf ein Substrat aufgebracht, erhitzt, per Laser gebohrt und mit Kupfer gefüllt werden konnte.

Damit war der Ajinomoto Build-up Film geboren.

Zu den wichtigsten Eigenschaften von ABF gehören:

• Widerstandsfähigkeit gegen sehr hohe Temperaturen bei der Chipmontage
• äusserst präzise Laserbohrungen ohne nennenswerte Verformung
• Kompatibilität mit der direkten Integration von Kupfer
• stabile Isoliereigenschaften, selbst wenn Schaltungsstrukturen kleiner werden

Entscheidend ist, dass jede neue Chipgeneration eine speziell angepasste Folienvariante benötigt. Dicke, Aushärtungsverhalten und die Wechselwirkung mit Ätzchemikalien müssen jeweils abgestimmt werden. Dieser von Ajinomoto streng geschützte Abstimmungsprozess erschwert eine schnelle Nachahmung.

Von Intel zu Nvidia: ABF wird unverzichtbar

Branchenweite Einführung in den 2000er-Jahren

Intel führte ABF 1999 offiziell bei High-End-Prozessoren ein. Wettbewerber zogen rasch nach. Anfang der 2000er-Jahre hatten AMD, Broadcom, Qualcomm und viele weitere Unternehmen bei ihren fortschrittlichsten Produkten auf ABF-basierte Substrate umgestellt.

Mit zunehmender Rechenleistung benötigen Chips mehr Verbindungen zum Speicher und zur Aussenwelt. Dadurch steigt die Packungsdichte, was die Abhängigkeit von Materialien wie ABF weiter verstärkt, weil sie enorme Verdrahtungskomplexität auf engstem Raum bewältigen können.

Warum Nvidias KI-Chips ABF nicht umgehen können

Moderne KI-Beschleuniger bestehen nicht mehr aus einzelnen flachen Chips. Nvidias neueste Entwürfe, etwa die Rubin-Architektur für „agentische“ KI-Arbeitslasten, verbinden riesige Prozessoren mit Stapeln aus Speicher mit hoher Bandbreite. Dies geschieht über fortschrittliche Packaging-Verfahren wie TSMCs CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate).

All diese Komponenten liegen auf einem Substrat, das Tausende extrem feiner elektrischer Verbindungen und enorme thermische Belastungen bewältigen muss, ohne sich zu verbiegen oder zu brechen. Dieses für Nvidias leistungsstärkste GPUs eingesetzte Substrat ist auf ABF-Folie angewiesen.

Kein ABF bedeutet kein zuverlässiges Substrat; ohne dieses Substrat lassen sich die fortschrittlichsten KI-Chips nicht in grossem Massstab montieren.

Selbst wenn Nvidia also Zugang zu den neuesten Lithografiewerkzeugen und den modernsten Fertigungsknoten von TSMC hat, kommt die Produktion zum Stillstand, sobald die unscheinbare Isolierfolie nicht rechtzeitig geliefert wird.

Ein versteckter Engpass in der KI-Lieferkette

Japans stilles Monopol

Ajinomoto beherrscht rund 95% des globalen ABF-Markts. In den USA oder Europa gibt es keinen Produzenten mit vergleichbaren Mengen. Einige Wettbewerber arbeiten an alternativen Materialien, liegen bei Reifegrad und Skalierung jedoch weiterhin deutlich zurück.

Aus einer wenig beachteten Besonderheit wurde während der Halbleiterknappheit 2021–2022 ein echtes Problem. Während sich die Schlagzeilen auf Chipfabriken konzentrierten, entstanden manche Verzögerungen auf der Substratebene. Unternehmen wie Broadcom erlebten Lieferzeiten von deutlich über einem Jahr, teilweise weil schlicht nicht genügend ABF verfügbar war.

Diese Phase zeigte, wie ein unauffälliges Zwischenmaterial, das überwiegend in Japan produziert wird, den gesamten Technologiesektor bremsen kann – von Smartphones bis zu Cloud-Servern.

Steigende Nachfrage durch KI und fortschrittliches Packaging

Der KI-Boom verstärkt diese Abhängigkeit. Ajinomoto plant, seine ABF-Kapazität bis 2030 um ungefähr die Hälfte zu erhöhen. Branchenschätzungen gehen von einem jährlichen Nachfragewachstum von rund 8–10% aus.

Drei sich überschneidende Entwicklungen treiben diesen Anstieg:

Trend	Auswirkung auf die ABF-Nachfrage
Mehr KI-Beschleuniger	Jede GPU oder jeder KI-Chip benötigt ein grosses, komplexes Substrat mit ABF.
Höhere Speicherbandbreite	Mehr HBM-Stacks pro Chip erhöhen Anzahl und Dichte der Verbindungen.
Fortschrittliches Packaging	Verfahren wie Chiplet-Design fügen Schichten und Oberfläche hinzu, die isoliert werden müssen.

Solange KI-Arbeitslasten weiter wachsen und Chiphersteller dichtere Packaging-Lösungen verfolgen, steigt der ABF-Verbrauch nahezu zwangsläufig.

Was ABF vereinfacht gesagt tatsächlich leistet

ABF liegt zwischen den Kupferverdrahtungsschichten eines Substrats. Man kann es sich als starre, ultradünne elektrische „Fahrbahnoberfläche“ vorstellen, die verhindert, dass Signale zwischen den Bahnen übertreten.

Während der Fertigung stanzen Laser mikroskopisch kleine Löcher in die Folie, die anschliessend mit Kupfer gefüllt werden und vertikale Verbindungen schaffen. Die Folie darf weder reissen noch Feuchtigkeit aufnehmen oder sich unter Hitze verziehen. Kleinste Fehler können zu defekten Chips führen, weshalb die Fehlertoleranz äusserst gering ist.

Deshalb ist die Chemie des Materials so wichtig. Veränderungen an Polymeren und Zusatzstoffen beeinflussen, wie die Folie aushärtet, sich in Öfen verhält und mit Kupfer sowie Lot reagiert. Ajinomotos langjährige Erfahrung sowohl als Chemielabor als auch als Massenhersteller verschafft dem Unternehmen dabei einen Vorteil.

Risiken, Szenarien und mögliche Alternativen

Geopolitische Spannungen rund um Halbleiter haben Staaten bereits dazu veranlasst, Chipfabriken zu fördern und die lokale Herstellung von Lithografiewerkzeugen anzuregen. ABF erhält öffentlich deutlich weniger Aufmerksamkeit, wirft aber eigene strategische Fragen auf.

Denkbar sind drei Szenarien:

• Lieferunterbrechung in Japan: Ein Erdbeben oder Industrieunfall, der ABF-Werke betrifft, könnte Markteinführungen von KI-Hardware verzögern und Aufrüstungen von Rechenzentren über Monate einschränken.
• Exportkontrollen: Strengere Regeln für Materialien würden sich, auch wenn sie heute unwahrscheinlich erscheinen, rasch auf das gesamte Chip-Packaging-Ökosystem auswirken.
• Plötzlicher Nachfrageschub: Ein schneller Anstieg bei Bestellungen von KI-Servern könnte die Lieferzeiten erneut verlängern, da Substrate und ABF Monate an Planung und Werkzeuginstallation erfordern.

Chiphersteller und Regierungen prüfen im Hintergrund Alternativen. Einige Substrathersteller experimentieren mit neuen Harzen oder Trägern auf Glasbasis. Andere wollen bestehende ABF-Rezepturen so verändern, dass die Abhängigkeit von einem einzigen Anbieter sinkt. Solche Vorhaben brauchen Zeit, denn jedes neue Material muss sich bei Milliarden Einheiten ohne unerwartete Ausfallmechanismen bewähren.

Vorerst bleibt das Kräfteverhältnis eindeutig. Der KI-Wettlauf wird zwar durch Rechenzentren und GPU-Cluster symbolisiert, doch knapp unter der Oberfläche hält ein über hundert Jahre altes japanisches Unternehmen mit Wurzeln in Umami und Instantnudeln weiterhin eine der entscheidendsten Karten im Spiel.