在SMM举办的2023SMM国际光伏产业峰会-白银产业链高峰论坛上,北京中科纳通电子技术有限公司总经理殷文钢对导电银浆/胶产品和应用进行了介绍。随着电子产业需求的增长,导电材料市场也将持续稳定增长。全球导电胶行业市场规模稳健增长,预计至2026年将超过30亿美元。
导电高分子材料的研究
让塑料导电
白川英树:全球首次发明出名为聚乙炔的导电塑料
塑料具有重量远远轻于金属的优点,成型比较简单,也容易增加功能,所以导电塑料被广泛应用,为产业界做出了巨大贡献。
2000年的诺贝尔奖技术首次应用于新型有机电池,代替昂贵金属,造价便宜,性能更优于金属电池,让有机电池从实验室到产业化成为首个规模的应用。
关于导电高分子材料
一类具有导电功能(包括半导电性、金属导电性和超导电性)、电导率在10-6S/m以上的聚合物材料。
高分子导电材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜以及电导率可在十多个数量级的范围内进行调节等特点,不仅可作为多种金属材料和无机导电材料的代用品,而且已成为许多先进工业部门和尖端技术领域不可缺少的一类材料。
导电高分子材料
高分子导电材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜以及电导率可在十多个数量级的范围内进行调节等特点,不仅可作为多种金属材料和无机导电材料的代用品,而且已成为许多先进工业部门和尖端技术领域不可缺少的一类材料。
导电高分子材料的分类
复合型:导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂以及透明导电薄膜等。
结构型:
按电导率大小分:高分子半导体、高分子金属和高分子超导体。
按导电机理分:电子导电高分子材料、离子导电高分子材料。
导电高分子材料前景广阔
整体行业向好
随着电子产业需求的增长,导电材料市场也将持续稳定增长。全球导电胶行业市场规模稳健增长,预计至2026年将超过30亿美元。
市场空间巨大
中国市场对进口产品的依赖仍较高,国产化市场空间巨大。全球的低温银浆市场主要被日本京瓷、德国汉高、美国杜邦、贺利氏等占据,市场占有率80%以上。
国产化进程参差不齐
不同材料产业的进入壁垒、中国企业进入该产业的时间早晚以及参差不齐的技术积累导致国产化进程参差不齐。国内专业技术研究资源稀缺,材料与应用二者需结合,技术门槛较高。
国材历史机遇
高端导电复合高分子材料主要欧美企业主导,科技战下进口替代和中国电子产业升级,及密集出台的产业支持政策,是中国电子新材料企业历史机遇。
国内材料技术正在快速发展
半导体产业的核心技术多年来掌握在美国、日本韩等业发展较早的国家手中,企投入与积累略显薄弱。
近几年中国集成电路产业的快速发展,半导体材料方面也实现了部分重要的技术突破。
2022年中国公司申请的半导体相关专利数量达到了全球一以上,占全球总量的55%,其次是美国,占全球半导体材料专利总申请量的26%。
导电高分子材料的应用
材料:①导电浆料②导电胶③导电弹性体……
工艺:丝网印刷、激光蚀刻、移印、点胶、喷墨打印、3D打印、镀膜、喷涂……
应用:新型触控显示、通信电子、半导体封装、光伏新能源、柔性电子、汽车电子……
在电子产业的新技术和新应用
柔性电子
消费电子解决方案
笔电键盘背光1.0(传统方案)
传统背光模组:
材料:PI+铜箔+绝缘膜+白油+锡膏+灯珠
结构:三层结构,FPC+导光板+补强板
工艺:化学蚀刻非环保“减法工艺”(强酸强碱)
①环保问题
面临的问题:
②无法满足高端产品功能需求
笔电键盘背光1.5
传统背光模组:
材料:PI+铜箔线路+绝缘膜+白油+锡膏+灯珠
结构:FPC+补强板二合一,二层结构,背光+补强板
工艺:化学蚀刻非环保“减法工艺”(强酸强碱)
面临的问题:
①效率较低
②成本偏高
③环保问题
笔电键盘背光2.0(进阶方案)
2.0方案
材料:PI+印刷导电线路+绝缘膜+白油+锡膏+灯珠
结构:FPC+补强板二合一,二层结构,背光+补强板;
工艺:绿色环保、制成简单的“加法工艺”
价值
节约能耗、降低成本、ESG价值、创新性
笔电键盘背光3.0(先进方案)
3.0方案
材料:
补强板+印刷导电线路+绝缘膜+白油+锡膏+灯珠
结构:
导光板+FPC+补强板三合一,一层结构;
工艺:仍采用绿色环保、制成简单的“加法工艺”
价值
节约能耗、降低成本、ESG价值、创新性、轻薄化
背光模组方案的价值
价值
1.制成成本下降约15%-30%;2.材料成本下降约10%-20%;3.产品厚度下降约15%-30%;4.ESG环保贡献,社会价值贡献。
第三代半导体
电子封装解决方案
无压烧结银胶
应用:第三代半导体氮化嫁、光电子芯片(激光芯片等)、大功率射频芯片
IC封装胶
应用:IC封装、IC固晶、LED芯片封装
SIP共形屏蔽银浆
应用:系统级封装、超低电阻5G天线
导电胶:大功率器件散热需求
痛点
近年来,大功率器件在新能源汽车、5G等市场广泛应用,随着器件的功率增加、小型化,半导体元件的发热量具有增大的倾向使其性能和寿命受到影响。
需求点
要求电子零件的结合材料具有高散热性。
市场广泛使用——无铅焊料或金锡焊料,然而无铅焊料的工作温度比较低(小于300度),导热率偏低(50W/m·K)并且可靠性低;金锡焊料可靠性高但成本高昂。有鉴于此市场需要一款具有高可靠性,高导热性和成本适中的产品。
解决方案:低温无压烧结银
传统方案:
传统半导体封装技术是采用焊接合金把器件的一个端面贴合在热沉衬底上,另外的端面与铝线或金线键合在一起。
缺点:在大功率、高温工作条件下缺乏可靠性,不适应当前功率型半导体芯片对散热的要求。
优化方案:
针对传统半导体工艺和材料在封装上的缺陷,低温烧结纳米银胶克服了传统工艺导热性差以及不能在极端条件下工作的缺陷,满足当前半导体封装工艺要求。
低温烧结银胶其原理是将银烧结到一起,提供导热通路,得到高导热系数。
低温烧结银胶主要应用于:第三代半导体氮化嫁、光电子芯片(激光芯片等)、大功率射频芯片
为什么选择烧结银
极高的可靠性
优异导电性能
较高导热性能
化学稳定性好
替代AuSn焊料、大幅降低成本
烧结银产品特点
有效控制孔隙率:
通过改变烧结曲线和溶剂有效控制孔隙率
•芯片<5*5mm,基本无孔隙
•芯片>5*5mm,孔隙率<3%
高粘结力:
•高触变(8~15)带来优良的可操作性
•可连续24小时点胶,opentime可达2小时,
高导热性:
•为全烧结体系,烧结完成后不含树脂,具有超强烧结性
•导热系数高达261W/m·K
优异粘接强度:
•在银、金(镍钯金、镍金)上有很强的粘结强度
导热系数高达261W/mK
孔隙率控制
孔隙率主要由配方,次要由烧结曲线决定,对导电性,导热性,粘接强度有较大影响。
应用案例:替代Au80Sn20
可靠性测试:
产品经过稳定性烘焙、冷热冲击、通电加速实验后,测试器件性能变化,其导电性和导热性依然保持稳定。
新能源与汽车
导电屏蔽材料解决方案
导电胶条“客户价值”
产品性能/成本优势
涂层客户定制,有效控制降低成本
同样110dB屏蔽性能下,涂层导电层厚度仅为竞品的1/3,更节省材料,成本更低。
高精密器件定制化开发
可定制开发高精密胶条及弹性器件,如:1mm*1mm双峰胶条。(纯银胶条使用超细银粉<1μm,常规复合粉体尺寸<40μm,纯银可制备得到超薄涂层和超精密器件)。
抗老化,延长设备使用寿命
抗老化性能优异,纯银粉导电层中不含其他导电金属,不会在有湿度的环境下内部发生电化学腐蚀,电性能方面具有更优异的抗老化特性。
高密封,延缓水汽渗透
高回弹特性,导电粉体体积添加量小,可维持涂层的高力学强度,明显优于共混涂层的机械性能。
FIP导电胶产品性能
产品优势
屏蔽效能可达110dB
器件级屏蔽效能测试—双腔隔离度测试
可适用于三角形点胶工艺
可以更好的弥补工件的配合公差。
适用于复杂空间和形状电磁屏蔽处理,直接将导电胶挤在加工件上,无其他工序,可点胶成D形、三角形及波浪形等形状。不需昂贵的模具,设计周期短,费用低。
导电弹性连接器行业方案对比
使用弹性导电材料
可长期于震动条件下使用,防止瞬断;
增多导电接触位点,稳定提高导电性;
兼容SMT贴片工艺,助力5G器件轻薄化。
客户案例分享—智能汽车领域