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电子浆料技术和应用​

时间:2021-11-17   访问量:1337

电子材料的定义


    电子材料主要为电子信息产业生产配套器件,具有品类多、质量高、用量精等特点。电子材料产品种类繁多,可应用于太阳能电池、集成电路、分立器件、LED、传感器、印刷电路板等领域。电子材料在电子信息产品的生产加工过程中发挥着重要的作用,其工艺水平的高低和产品质量好坏直接决定了元器件的性能,是世界各国为发展电子信息产业而优先开发的关键材料之一。


电子浆料的定义


    电子浆料是由悬浮在有机载体中的粉末状导电金属,无机或高分子粘结剂构成的固体颗粒或有机液体混合的体系。


    电子浆料是通过印刷等方式应用于电子元器件中,形成具有特定电学功能模块,是厚膜混合集成电路、片式元器件(例如SMD Resistor/MLCC/LTCC/MLCI)、光伏器件、柔性电池、电光器件、显示器、逻辑和存储器组件等产品重要的基础材料之一。目前广泛应用航空航天、医疗电子设备、手机、电脑、工业控制设备、汽车电子等各领域。


    电子浆料制备涉及到粉末冶金技术、低熔点玻璃制备技术、浆料加工技术、半导体技术、纳米技术、流变学等诸多高科技技术领域。



电子元器件


主动元器件(集成电路) 


    主动元器件是具备对电信号激发放大、振荡、控制电流或能量分配等主动功能甚至执行数据运算、处理的元件。


被动元器件(阻容感等)


    被动元器件(别称无源器件),则是指不影响信号基本特征,仅令信号通过而未加以更改的电路元件。所有的电子产品都由各种电子元件构成。



IC封装


    半导体集成电路(IC)封装是指将晶圆按照产品型号及功能需求,加工到独立芯片的过程。IC封装材料主要包括引线框架、封装基板、陶瓷封装材料、键合丝、包装材料、芯片封装材料等,对芯片支撑、保护、散热、绝缘等有极为重要的作用。


    全球IC封装材料市场规模超过200亿美元。当前,全球IC封装材料的主要供应商包括日本信越化学、住友化工、京瓷化学、日立化成,德国巴斯夫、汉高、美国道康宁、杜邦等公司,占据主要市场份额,具有较大的市场影响力。


    目下中国半导体封装材料市场规模超400亿元人民币,汽车电子、5G通讯、AI、VR/AR和物联网等终端的兴起将促进封装材料市场强劲增长,随着国际形势日益严峻,国产替代迫在眉睫,本土企业将迎来空前的机遇和挑战。


芯片封装银浆


    芯片封装银浆,是一种IC封装的解决方案,高端技术和市场份额主要掌握在汉高、杜邦、住友等国外企业手中。


    2020年芯片封装银浆市场约为15亿元,随着中国半导体市场飞速发展,未来市场潜力巨大。


    芯片封装银浆的特点:



    MLCC


    MLCC(Multi-layer Ceramic Capacitors)是由印好电极(内电极)的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来,经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片,再在芯片的两端封上金属层(外电极),从而形成一个类似独石的结构体,故也叫独石电容器,号称“电子工业大米”。



    MLCC


(1)电容量 1pF 至10μF 之间

(2)频率特性好、工作电压和温度范围宽、体积小等特点

(3)成本和性能上都占据优势

(4)市场规模大

(5)使用量涨势迅猛


    全球被动元件市场规模近 300 亿美元,电容占比超70%


    MLCC市场规模120亿美元,是市场规模最大的被动元器件,占陶瓷电容器(90%)电容器(50%)被动元件(34%)


    MLCC中国每年需求量超过整体出货量的70%,自主率不足5%


    MLCC在被动元器件中的占比:




 MLCC陶瓷材料 


    全球陶瓷粉体约 65%的市场被日本企业占据

    美国 Ferro 市场份额位列第二,市占率达 20%

    国瓷材料在中低端粉体材料实现了一定程度的国产替代,全球份额约 10%


MLCC电极浆料


    镍电极浆料超过1300吨/月,自主率仅为1%

    铜电极浆料超过450吨/月,自主率同样仅为1%

    内外电极材料的国产替代更加迫切

    华昇用3年的时间,国产替代的过程中取得了初步的成果



贴片电阻器


    贴片电阻(SMD Resistor)又名片式固定电阻器(Chip Fixed Resistor) ,是金属玻璃釉电阻器中的一种。是将金属粉和玻璃釉粉混合,采用丝网印刷法印在基板上制成的电阻器   。耐潮湿和高温, 温度系数小。可大大节约电路空间成本,使设计更精细化。


贴片电阻


(1)体积小、重量轻、成本低

(2)电性稳定、可靠性高

(3)精度高、阻值公差小

(4)市场规模:约30亿美元,占电阻器(90%)被动元器件(12.6%)

(5)使用量激增


电阻市场


    全球片式电阻行业由美国、日本和中国台湾主导,其中美日在技术上处于领先地位,主力发展薄膜化的道路


    台湾在技术上落后于美日厂商,但具备生产规模优势,以国巨、华新科和厚声等厂商为代表。


    国巨为全球产能最大的片式电阻厂商,占据全球约 34%市场份额,全台系(华新科、旺诠、厚声)约占市场70%以上的份额,日本KOA、松下和 Rohm 合计市占率为 21%


    风华高科市占率为 6%,位列全球第五



贴片电阻器

电阻浆料市场


    片式电阻浆料由电阻浆(钌浆)、导电浆(银钯浆)、银浆、玻璃浆等构成,其中电阻浆(钌浆)为高度垄断的状态


    目前钌浆只有住友、杜邦、田中贵金属等少数几家公司生产,市场总量约为 25 亿元左右


    导电浆(银钯浆)和银浆、玻璃浆均有国产化,电阻浆(钌浆)因其技术要求高,开发成本高的特点,目前国内自主率低于10%


    目前除三环之外均是制作无铅电阻浆,三环的高阻产品所用的导电相是钌酸铅,某种程度上说明三环的技术还没有达到最顶尖的程度。

电感


    电感器(Inductor)是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。


    电感就功能而言,是一种电磁感应组件,也称为线圈、扼流圈等,其主要功能是筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰(EMI 静噪滤波器)等。


    根据应用端,电感可以分为信号系及功率系。


    信号系也称射频电感或高频电感,频率范围高,使用频率范围在几 MHz 到几十 GHz,主要用于手机及无线 LAN 等移动通信设备的高频电路;


    功率系的频率范围低,使用频率范围在 10MHz 以下,广泛用于各种电子设备。



电感市场


    全球电感市场规模稳步增长。我们估计 2020年全球电感市场达到近30亿美元


    日本厂商占全球电感产值的比例超过 50%,主要有村田(村22%)、TDK(20%)、太阳诱电(8%)、松下、胜美达(Sumida)、AVX(现京瓷子公司)等


    中国顺络电子一支独秀,市场占比6%,盈利能力维持在行业前列,截至 2020 财年,5 年平均营业利润率 19.73%


    在日本厂商的营收结构中,电感不属于核心的业务板块。我们看到,村田、TDK、太阳诱电的电感业务占比均约 10%,收益性也不及MLCC 等其他业务线,太阳诱电的电感业务在 2019 财年甚至出现了亏损。



电感浆料市场


    片式电感采用贵金属浆料(银浆)作为主要材料,银浆(内电极银浆和外电极银浆)市场总量约 350 吨/年,总值约为 22 亿元。


    目前世界主要的片式电感银浆厂家有美国杜邦、贺利氏、日本昭荣等,其中内电极银浆因其更高的技术要求仍绝大部分依赖进口,国内厂家仅在外电极浆料方面取得一定的市场份额。


    顺络电子所用的常规类射频电感银浆目前部分可以做到国产替代,但是高端的产品仍然依赖于进口,而且目前主要因为电感银浆技术瓶颈尚未突破,材料卡脖子的问题仍然存在,国产电感事业难以向高端发展。



基板和模组-LTCC


LTCC


    低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)技术是美国休斯公司在 1982 年发展起来的陶瓷整合组件技术,主要用于无源集成及混合电路封装。


    现代 LTCC 技术以低温烧结而成的生瓷带为基础,将电容、电阻、滤波器等元器件埋入、叠压,在 900-1000 摄氏度左右将进行烧结,最终制成高密度集成电路或内置无源元件的 3D 电路基板,也可在其表面贴装有源器件(晶体管、IC 电路模块等)制成集成的功能模块。电子产品发展致力于更小更薄的外形与更强大的功能,而 LTCC 技术可将部分无源元件集成到基板中,将电路小型化、密度化,并有利于提高可靠性。


    目前 5G 频段主要分两种,其中 FR2 频段通常被视作毫米波频段(区别于FR1 频段,又称 Sub-6GHz 频段)其频率范围在24.25GHz到 52.6GHz 之间,但是海外部分组织也会将 6-100GHz 的频段统称为毫米波。向更高频率的传输反映了对提高数据传输速度的需求,这意味着使用更多的无线电带宽,可以通过扩展的数据传输通道容量实现更高的数据传输速率。LTCC(低温共烧陶瓷)成为毫米波产品良好候选者的主要原因如下:


    低介电常数公差


    良好的导热性


    适用于多层模块


    集成的无源功能,例如 R,L 和 C 组件


    抵抗机械和热应力的耐久性


    可与流体,化学,热和机械功能组合


    大批量生产成本低




    前五大 LTCC 厂商村田、京瓷、博世、TDK 和 CTS 的市场占有率合计高达 70%。其他全球领先厂商也集中在日本,诸如太阳诱电、KOA、Yokowo 等。


    对于被动器件而言,我们认为LTCC 整体市场空间较小,行业竞争者也比较分散,属于被动器件龙头厂商的细分业务线条。就目前市场来看,未来发展的潜力巨大,对中国来说是一个弯道超车,实现技术突破的机会。



LTCC电子浆料


    我国 LTCC 组件发展较为落后,但目前已具有较强的批量生产能力,占据一定的全球市场份额。厂商集中在珠江三角洲和长江三角洲两个地区,有顺络电子、麦捷科技、佳利电子、风华高科、振华科技等。


    目前,我国 LTCC 产业存在的问题主要是关键材料难以国产化。LTCC 主要原材料包括瓷粉、电极材料、有机试剂等,约占生产成本的 50%。然而,关键材料、设备仍依赖进口,在研发、成本、设计周期等方面都对国内产业发展带来影响。



    由于材料端受制,目前我国产品限于片式电感、电容等低频无源器件为主,对于 LTCC 微波集成器件、模组的研发水平落后,存在产品成本高、品质低、缺乏竞争力等问题。


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