近年来,先进制造业整体技术进步为纳米金属粉体发展提供了重大机遇。超小尺寸、高烧结活性等给纳米金属粉体带来了与众不同的性能特点,悄然影响着制造业变革,但在其制备合成和服役应用过程中仍然存在一系列棘手问题。
一、机遇
纳米金属粉体材料能够满足新能源、电子信息领域先进产品尺寸微型化、制程低温化的发展需求,在PCB、N型光伏电池、半导体封装、高端MLCC等方向得到越来越多的关注和应用。
印刷线路与PCB互连——纳米银/铜粉可配制成纳米导电墨水/浆料,通过丝网印刷、喷墨打印等技术形成微米级超精细线路,极大提升布线密度。纳米金属低温(200-300℃甚至更低)烧结特性也使高密度多层PCB互连、柔性/可穿戴电子电路制造成为可能。
N型光伏电池金属化——N型光伏电池对导电栅线导电性能要求极高,纳米银粉、纳米铜粉是实现低温制程金属化的关键所在。铜较银具有资源和价格优势,在光伏降本背景下,以铜代银成为当前热点。
半导体封装——传统钎焊料存在熔点低、高温可靠性差的问题,基于纳米金属粉体可实现第三代半导体封装的“低温连接、高温服役”,支撑新能源汽车、高铁等领域高速发展。
高端MLCC——随着MLCC不断向微型化、薄层化和超高容量方向发展,对其内电极用纳米镍粉提出了更为苛刻的性能要求,也为不同纳米镍粉合成技术提供了应用可能性。
二、挑战
粒度形貌精准调控——纳米金属颗粒的粒径及其集中度、形貌及表面结构等对粉体应用性能起到决定性作用,如何在纳米尺度甚至原子尺度出发实现粒度精确可控、窄粒度范围控制、特定形貌生长调控是纳米金属粉体合成的技术难点;
低温烧结活性调控——纳米金属粉体基于尺寸效应可以显著提高表面原子占比和降低熔点,但尺寸效应并不是实现粉体低温烧结活性的唯一要素,影响纳米金属粉体烧结活性的因素还有哪些?低温烧结活性极限的探索是一大挑战。
抗氧化性调控——铜的导电性、导热性可以与银媲美,但铜的氧化物导电性极差且质脆,而纳米铜粉在有氧环境中极易氧化,造成应用性能指数级下降甚至失效。铜的抗氧化是老生常态的话题,也是制约纳米铜粉应用的关键所在。
有研纳微新材料(北京)有限公司是中国有研科技集团下属有研粉末新材料股份有限公司(有研粉材[688456])的全资子公司,依托创新平台“金属粉体材料产业技术研究院”向下游延伸,致力于解决电子信息、新能源等国家重大领域关键材料需求和应用工艺难题,聚焦从事微电子封装/组装、关键电子元器件、N型光伏电池等领域用电子浆料和微纳金属粉体材料的研发、生产、销售和服务。即将于2025年9月25-26日在苏州举办的“2025全国纳米金属粉体/浆料制备与应用创新发展论坛”上,有研纳微副总经理王建伟教授(博士生导师)将带来题为“纳米金属粉体在先进制造业应用中的机遇与技术挑战”的报告,内容包括纳米金属粉体的多个大赛道应用场景,也包括业界关注的纳米金属粉体粒度形貌精准控制、低温高效致密化烧结、稳定抗氧化等三个核心技术难题的研究进展。
报告人简介
王建伟:正高级工程师,博士生导师,有研纳微新材料(北京)有限公司副总经理。任中国有色金属学会理事、材料科学与工程学术委员会委员、《Acta Mater.》《SURF INTERFACES》等期刊审稿人。长期从事微纳金属功能粉体/电子浆料开发与应用、材料基因组共性技术与应用等工作。承担国家重点研发计划、国家自然科学基金等科技项目40余项,发表论文80余篇,获授权发明专利30余项,获中国有色金属工业科技奖4项。
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