10月29日,在由上海有色网信息科技股份有限公司、山东爱思信息科技股份有限公司主办,Jakarta Futures Exchange 战略合作,云南锡业股份有限公司特邀协办,个旧市产业开发集团有限公司、个旧市千岛金属有限公司、红河州红投实业有限公司协办,红河州个旧鸿宁矿业有限公司、赣州虔顺新材料有限公司、广西华锡有色金属股份有限公司、江西自立环保科技有限公司、东莞市云德金属有限公司、云南乘风有色金属股份有限公司支持,深圳市华科工业有限公司、东莞市双元金属材料有限公司、东莞市绿志岛金属有限公司、红河永森矿业有限公司、东莞市腾辉锡业有限公司、江西新南山科技有限公司、PT Mitra Stania Prima、马鞍山市伟泰锡业有限公司、广东汉合有色金属有限公司、泓琛金属贸易(北京)有限公司、会昌县小山锡业有限责任公司、深圳市鹏凯新材料科技有限公司、云南云帆有色金属股份有限公司、深圳市永佳润金属有限公司、宝拓来焊料(常州)有限公司、赣州市开源科技有限公司、赣州市晶格新材料有限公司、无锡樊川锡业有限公司、深圳超富氢酒业科技有限公司赞助的2024(第十四届)SMM锡产业链峰会上,北京康普锡威科技有限公司副总经理刘希学分享了新机遇,新挑战:AI与新能源时代中的锡焊料应用前景。
背景概述
1. 1 基本概念
AI(人工智能,Artificial Intelligence):最早诞生于1956年的达特茅斯会议,指赋予机器类似于人类智能的能力—学习能力。广义上,AI是指让计算机的行为在某种程度上模仿人类智能。AI涉及构建能够学习、理解、规划、感知、推理并与环境互动的系统。应用范围极为广泛,几乎触及生活的每个领域。AI大模型的搭建与训练对数据和算力提出较高要求,海量的优质数据
提供依靠物联网,海量的数据处理依靠大算力,这对物联网领域的电子设备以及作为AI算力载体的半导体的需求加速攀升。
新能源:指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源,如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。发展新能源是实现我国双碳目标和应对全球气候变化的重要途径。新能源产业的高质量发展对实现双碳目标和应对气候变化意义重大。其中光伏产业已成为我国少有的形成国际竞争优势、实现端到端自主可控、并率先成为高质量发展典范的战略性新兴产业,也是推动我国能源变革的重要引擎。而新能源汽车作为分布式储能单元,朝电动化、网联化、智能化发展趋势发展。这对光伏组建、车子电子等新能源核心部件需求加速。
1.2 锡焊料在产业链中所处的位置
1.3 锡焊料在产业链中的作用
锡焊料(互连焊料),是决定现代电子制造水平的关键材料之一
广泛应用于新能源与电子信息产品各级封装/组装,是基板与元/器件之间,以及元器件与元器件间的冶金学桥梁和纽带,承担着机械互连、电互连、热互连等多重作用。
1.4 锡焊料的应用形态
根据不同的应用场景,需要不同的产品形态
AI与新能源时代中的锡焊料行业发展机遇
2.1 锡的供需情况
中国是产锡大国,前景好、整体供需属弱平衡状态、再生锡具有发展前景。
2.4 新能源用锡焊料需求测算
根据行业经验,光伏组件的典型功率密度约为100-200瓦/平方米。1GW用锡约85吨。新能源汽车单车用锡0.7千克。测算2025年光伏、新能源汽车等新需求占比将从2021年的占比10.84%增至26.06%。
1)焊料在光伏行业中的用量测算
在光伏焊带中,锡焊料约占质量的17%,1GW光伏组件生产过程中光伏焊带的消耗量约为500吨。
光伏焊带受电池组件技术影响明显,用锡量也随之变化。从组件封装来看:
►目前市场主流的组件为PERC、TOPCon电池组件,主要通过光伏焊带进行电池片连接。
►叠瓦组件仅使用汇流焊带,光伏焊带需求较主流组件下降约80%。
►MWT 组件则不需要使用光伏焊带。
2.5 新能源用锡焊料的政策影响
锡焊料在光伏和新能源汽车中的应用同样值得重视,在行业景气度带动下表现出超越周期的增长潜力。
4月24日,美国反倾销/反补贴税(双反)政策,影响中国在东南亚投资的很多光伏企业;5月16日,隆基绿能、晶澳科技、晶科能源等多家一线光伏企业暂停东南亚开工或停产安排。
尽管受美国政策影响限制,但新能源的趋势不可逆转,以及AI大潮的加速到来,无疑会驱动锡焊料的需求加速增长。
新时代锡焊料应用的风险挑战及应对案例
3.4 高密度化对锡焊料的技术挑战
1)精密钢网开孔对锡膏脱模性要求更高
3.4 锡焊料的应对策略
2)精细焊粉技术
3)精密锡球
焊球产品包括有铅和无铅,规格50-1000μm,康普已开发出最小规格30μm焊球。
典型成分:Sn63Lb37、Lb92.5Sn5Ag2.5SAC305、SnAg4、SnBi58
典型规格:0.3mm、0.5mm、0.6mm、0.76mm等
4)精密CCGA焊柱
康普焊柱产品有高铅焊柱、铍铜微弹簧等,规格:直径0.3-0.5mm、高度1.5-2.2mm,铜带缠绕型焊柱正在开发中。
3.5 高功率及恶劣场景对锡焊料的技术挑战
►芯片的小型化和高度集成化,会导致局部热流密度大幅上升。算力的提升、速度的提高带来巨大的功耗和发热量。实验证明,电子元器件温度每升高2℃,可靠性将下降10%,温升50℃的寿命只有温升25℃的1/6。
►以手机为例,5G芯片的算力比4G芯片至少高5倍,功耗高出大约2.5倍。
①中温SAC305焊料的耐冲击性差、组织易粗大、IMC长大和电迁移等导致的界面破坏等可靠性问题,影响安全性;
②低温SnBi58焊料表现出明显的脆性,可靠性较低。
5)“低温”—低温下应用产生灰锡转变风险
6)“低温”—低温下应用带来脆性风险
7)“应力”—高锡含量无铅焊料带来锡须风险
►锡须有多种形状,针状、柱状、分支状、短柱状、可以弯曲、有棱角或形成一束。在室温下,多为针状或丝状;在高温下,锡晶须可行成堆叠,形成团聚的块体。
►金属Sn熔点较低,容易产生晶须问题。元素在室温附近的扩散是晶须形成和生长的基本驱动力,而低熔点金属原子的扩散速率很高,当存在压应力时,就很容易发生锡须现象。
►铅会阻碍锡的晶界迁移。因此,Pb有缓解和抑制晶须生长的效果。随着电子元器件的无铅化进程,需要进一步研究锡引起的无铅焊点的可靠性。
9) 残留可能导致信号传输缺失:对配套助剂提出了更高要求。
总结与展望
4.1 总结
4.2 展望
1、人工智能、电动汽车、光伏及风电发展,给锡焊料行业发展带来新“锡”望
► AI和车规半导体巨大增长潜力带来高端锡焊料的增长潜力。
► 光伏焊带及风电叶片用量的增加带来锡焊料的增量市场。
► 新能源分布式光伏可能给家电行业带来颠覆式使命,从而引发锡焊料的新增需求。
2、人工智能、电动汽车、光伏及风电发展,给锡焊料行业发展带来挑战
► 以AI为代表的大算力半导体长时间高功率作业,要求焊料具有更高的耐温能力和抗电迁移能力,同时对散热技术提出了更高要求。
► 以新能源车为代表的车载电子产品在高低温和振动等冲击环境下的应用场景,要求焊料具有足够的焊接强度和耐温冲和抗机械疲劳能力。
► 以风光为代表的BC电池和风电叶片要求用焊锡来替代和降低成本,拓展了锡焊料新的应用和使命。