近年來,先進制造業整體技術進步為納米金屬粉體發展提供了重大機遇。超小尺寸、高燒結活性等給納米金屬粉體帶來了與眾不同的性能特點,悄然影響著制造業變革,但在其制備合成和服役應用過程中仍然存在一系列棘手問題。
一、機遇
納米金屬粉體材料能夠滿足新能源、電子信息領域先進產品尺寸微型化、制程低溫化的發展需求,在PCB、N型光伏電池、半導體封裝、高端MLCC等方向得到越來越多的關注和應用。
印刷線路與PCB互連——納米銀/銅粉可配制成納米導電墨水/漿料,通過絲網印刷、噴墨打印等技術形成微米級超精細線路,極大提升布線密度。納米金屬低溫(200-300℃甚至更低)燒結特性也使高密度多層PCB互連、柔性/可穿戴電子電路制造成為可能。
N型光伏電池金屬化——N型光伏電池對導電柵線導電性能要求極高,納米銀粉、納米銅粉是實現低溫制程金屬化的關鍵所在。銅較銀具有資源和價格優勢,在光伏降本背景下,以銅代銀成為當前熱點。
半導體封裝——傳統釬焊料存在熔點低、高溫可靠性差的問題,基于納米金屬粉體可實現第三代半導體封裝的“低溫連接、高溫服役”,支撐新能源汽車、高鐵等領域高速發展。
高端MLCC——隨著MLCC不斷向微型化、薄層化和超高容量方向發展,對其內電極用納米鎳粉提出了更為苛刻的性能要求,也為不同納米鎳粉合成技術提供了應用可能性。
二、挑戰
粒度形貌精準調控——納米金屬顆粒的粒徑及其集中度、形貌及表面結構等對粉體應用性能起到決定性作用,如何在納米尺度甚至原子尺度出發實現粒度精確可控、窄粒度范圍控制、特定形貌生長調控是納米金屬粉體合成的技術難點;
低溫燒結活性調控——納米金屬粉體基于尺寸效應可以顯著提高表面原子占比和降低熔點,但尺寸效應并不是實現粉體低溫燒結活性的唯一要素,影響納米金屬粉體燒結活性的因素還有哪些?低溫燒結活性極限的探索是一大挑戰。
抗氧化性調控——銅的導電性、導熱性可以與銀媲美,但銅的氧化物導電性極差且質脆,而納米銅粉在有氧環境中極易氧化,造成應用性能指數級下降甚至失效。銅的抗氧化是老生常態的話題,也是制約納米銅粉應用的關鍵所在。
有研納微新材料(北京)有限公司是中國有研科技集團下屬有研粉末新材料股份有限公司(有研粉材[688456])的全資子公司,依托創新平臺“金屬粉體材料產業技術研究院”向下游延伸,致力于解決電子信息、新能源等國家重大領域關鍵材料需求和應用工藝難題,聚焦從事微電子封裝/組裝、關鍵電子元器件、N型光伏電池等領域用電子漿料和微納金屬粉體材料的研發、生產、銷售和服務。即將于2025年9月25-26日在蘇州舉辦的“2025全國納米金屬粉體/漿料制備與應用創新發展論壇”上,有研納微副總經理王建偉教授(博士生導師)將帶來題為“納米金屬粉體在先進制造業應用中的機遇與技術挑戰”的報告,內容包括納米金屬粉體的多個大賽道應用場景,也包括業界關注的納米金屬粉體粒度形貌精準控制、低溫高效致密化燒結、穩定抗氧化等三個核心技術難題的研究進展。
報告人簡介
王建偉:正高級工程師,博士生導師,有研納微新材料(北京)有限公司副總經理。任中國有色金屬學會理事、材料科學與工程學術委員會委員、《Acta Mater.》《SURF INTERFACES》等期刊審稿人。長期從事微納金屬功能粉體/電子漿料開發與應用、材料基因組共性技術與應用等工作。承擔國家重點研發計劃、國家自然科學基金等科技項目40余項,發表論文80余篇,獲授權發明專利30余項,獲中國有色金屬工業科技獎4項。
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作者:粉體圈
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