AI服务器材料地基之“金属粉体”篇,都有谁正在悄然崛起!

发布时间 | 2026-08-31 15:33 分类 | 粉体应用技术 点击量 | 13
MLCC 金刚石 碳化硅
导读:AI时代金属粉体正在崛起的几个品类,一篇讲清楚

战略市场研究机构Precedence Research数据显示,2025年全球AI市场规模为7575.8亿美元,其预测2026年将达到9000亿美元,预计2035年有望突破4.2万亿美元,2026年至2035年复合年增长率为18.73%。商业与技术洞察机构Gartner预测,2026年全球AI总支出将达到2.52万亿美元,同比增长44%。为填补不断飙升的算力空缺,中、美、欧各大经济体不约而同都在全力铺设AI基础设施。


金属材料被称为电子产业的“血液”,AI硬件的供电、封装、散热、执行、终端极度依赖金属,而且对粉体性能提出严苛要求。本文将从以上五大层面梳理各环节哪些金属粉体品类正在迎来真正的需求增长,以及对金属粉体的核心性能要求,力求为从业者呈现一幅尽可能清晰的产业图景。

一、AI服务器功率电感磁芯材料:金属软磁粉末

AI服务器的GPU功耗往往高达1000W-2000W,高效、稳定的供电模块是系统运行的基础保障,而整个供电链路通常从48V背板电源开始,GPU/CPU,再到内存、SSD、网卡等逐步降压——VRM(电压调节模块)和DC-DC模块通过功率电感实现电压转换与电流平滑,而金属软磁粉末是制造一体成型电感磁芯的关键材料,其磁性能直接影响服务器供电效率和稳定性。金属软磁粉末的核心要求包括高饱和磁化强度、低磁芯损耗、高电阻率、低氧含量以及良好的颗粒形貌和绝缘包覆性能。目前,功率电感磁芯使用的金属软磁粉末主要包括羰基铁粉(CIP)、铁硅铬(FeSiCr)粉末以及非晶/纳米晶铁基粉末,不同材料体系的性能各异的电感模块,共同构成了一个高效、分层、协同的供电系统。

羰基铁粉为传统金属软磁粉体具有高纯度、良好球形度和优良压制性能,粒径通常为1~5μm级,其高饱和磁感应强度和良好的直流偏置性能,使其适用于功率电感磁芯,但由于电阻率较低,高频损耗相对较高,通常需要绝缘包覆或复合化处理。它主要用于板载辅助供电,或作为复合配方中的功能组分,提升整体性能。


铂科新材 FeSiCr粉

铂科新材 FeSiCr粉

FeSiCr粉末通过Si、Cr元素调控,提高材料电阻率并降低高频损耗,其粒径通常在9~20μm,是当前高电流一体成型电感的重要材料体系。它广泛用于大电流电感。


安泰科技 AP-02(非晶)、NP-01(纳米晶)

非晶/纳米晶粉末则凭借低矫顽力、高磁导率和低磁芯损耗,在2MHz-5MHz的开关频率下,它的能量损耗能比传统金属软磁粉再降低50%以上,适配于顶级服务器的核心VRM供电或更先进的TLVR(跨电感电压调节器)架构。

二、MLCC升级核心材料:超细镍粉

AI服务器供电系统中的MLCC(多层陶瓷电容器)同样是保障供电系统稳定运行的关键元件,主要承担电荷储存、电压调节、纹波抑制以及高频噪声滤波等功能。随着AI服务器功耗提升和芯片集成度不断提高,MLCC正向小型化、高容量、高频化和高可靠性方向升级,对核心材料性能提出更高要求。

MLCC通常由数百层甚至上千层交替叠加的陶瓷介质层和内部金属电极层组成,其结构为“陶瓷介质层/内部电极/陶瓷介质层/内部电极”的多层堆叠结构。制造过程中,通过金属浆料印刷形成内部电极,再与陶瓷介质共同烧结,实现电荷存储和信号滤波功能。

其中,超细球形镍粉MLCC内部电极的核心材料铜粉凭借其良好的导电性能和较低的成本,成为MLCC外部电极和导电浆料的主要选择。本小节将重点关注超细镍粉

由于镍具有良好的导电性、成本优势以及与钛酸钡陶瓷介质匹配性,目前已成为当前中高端MLCC内部电极的主流选择高端MLCC镍粉粒径约为200nm级,要求具备球形形貌、高纯度(Ni>99.9%)、窄粒径分布和良好烧结性能等特点。随着AI服务器对高容、高可靠MLCC需求增长,镍粉技术将进一步向150nm以下乃至100nm级发展,以适应更薄介质层和更高叠层数量需求。


左图:村田制作所murata MLCC结构

右图:JFE Mineral & Alloy Company 超细镍粉

三、AI芯片先进封装互连材料:铜、银、锡粉

AI算力需求驱动封装技术从传统单芯片向Chiplet(芯粒)、2.5D/3D堆叠及HBM高带宽内存演进,通过高密度互连提升带宽并降低功耗。

在先进封装中,金属材料是实现芯片内部及芯片与基板之间高速连接的关键功能材料,主要承担电信号传输、机械连接和部分热传导作用其中锡粉分别承担互连、烧结连接和焊接等不同功能。

铜粉是先进封装互连的核心金属材料,主要用于铜烧结、铜互连结构和铜柱凸点等工艺。铜具有优异的导电性、导热性和较好的抗电迁移能力,可满足AI芯片高密度、高可靠互连需求。铜粉通常要求高纯度、低氧含量、高球形度和窄粒径分布,以降低氧化风险、提高烧结致密性。

银粉利用高导电、高导热和良好烧结性能,主要用于高价值、高可靠连接场景功率器件低温烧结连接或导电胶

锡粉则主要作为焊料(如SnAgCu合金)用于回流焊通过低温熔融实现芯片与基板之间的可靠连接。其优势在于工艺成熟、成本较低,是先进封装互连体系中的基础材料。


AI GPU采用的2.5D封装技术CoWoS结构图(TSMC)(利用AI图生图)

四、AI芯片与数据中心散热材料:铜、银及金属基复合粉体

随着AI芯片集成度和功耗的持续提升,芯片本身及数据中心都面临着更大的散热压力。散热系统需要将芯片产生的热量快速传递至散热器和冷却系统,其中金属粉体主要用于制造高导热散热材料、热界面材料(TIM)以及金属基复合散热材料,提升热传输效率。

铜粉是目前电子散热领域最重要的金属粉体之一,凭借约400 W/(m·K)的高热导率、良好的加工性能和较低成本,被广泛用于铜基散热材料、烧结铜连接层和高导热复合材料。用于热管理的铜粉通常要求高纯度、低氧含量、高球形度和窄粒径分布,以提高材料致密度和降低界面热阻。

银粉虽然有更高热导率和优异烧结活性,但是成本较高,因此更多应用于高性能、小型化场景。

金属基复合粉体是未来高端散热材料的重要方向。通过在铜基体中加入金刚石碳化硅等高导热颗粒,可进一步提升热导率并调节热膨胀系数,适用于AI芯片、高功率封装等先进热管理场景。其中,金刚石-铜复合材料热导率超过700 W/(m·k),远高于传统纯铜,已被用于高性能电子散热。


宁波赛墨科技 金刚石-

五、人形机器人轻量化材料:钛、铝合金粉

人形机器人需要同时满足轻量化、高强度和复杂结构一体化制造需求。金属增材制造(SLM/LPBF)实现拓扑优化、内部流道及点阵减重结构,已成为高性能机器人结构件的关键工艺路径。其中,钛合金高强铝合金粉是金属增材制造的两大核心原材料。

Ti-6Al-4V钛合金粉具有高比强度、耐腐蚀耐热优异抗疲劳性能,可用于机器人承力结构和高可靠运动部件如:关节核心承力件、高负载机械臂主臂体、足式机器人腿部连杆等;其增材制造粉末通常采用气雾化制备,要求粉末具有高球形度、低内部孔隙和良好流动性。

Sandvik Ti-6Al-4V

Sandvik Ti-6Al-4V

铝合金粉则凭借低密度(约2.7g/cm³)和较高比强度,更适合机器人轻量化结构设计。同等体积下铝合金比钛合金轻近40%,可有效降低运动惯量,提升响应速度。通过Sc(钪)微合金化强化,接近部分钛合金水平。新型铝合金Al-Mg-Sc等还能通过添加微量Sc元素改善打印过程中的热裂纹问题,提高成形性能。因此,铝合金主要用于机器人外壳与防护罩、高速运动的传动臂或手部结构件,以及作为非承力区域的减重填充材料。

聚塔时代 铝合金粉末

聚塔时代 铝合金粉末

六、AI终端轻量化材料:钛、不锈钢金属粉

各类AI终端例如AI眼镜、MR头显、AI手机等,目前正朝着轻量化、小型化、高集成化的方向发展,这类设备内部的铰链、转轴、结构支架、边框等精密零部件,都要求同时满足高强度、耐腐蚀的性能要求,还要适配复杂结构的制造加工需求。金属注射成型MIM)利用金属粉体与粘结剂混合,通过注塑、脱脂和烧结实现复杂小型零件的一体化制造,是消费电子精密金属件的重要工艺。

MIM工艺流程图

MIM工艺流程图

MIM用粉要求粒径在0.5-20μm,具备高纯度、近球形形貌、良好流动性和窄粒径分布。目前MIM主要使用的金属粉体包括不锈钢粉钛合金粉以及镍基合金粉等等,在AI终端精密结构件场景中,重点关注不锈钢和钛合金。from天久)

不锈钢粉MIM应用最成熟、产业化规模最大的材料体系,以316L、17-4PH等牌号为代表,兼具良好的强度、耐腐蚀性和加工稳定性,广泛用于手机结构件、智能穿戴、精密电子零部件等领域。

钛合金粉则代表MIM轻量化升级方向,以Ti-6Al-4V等材料为代表,具有低密度、高比强度、耐腐蚀和优异质感等优势,适用于高端AI眼镜、智能终端铰链、轻量化结构件等对重量和性能要求更高的部件。但由于钛粉成本较高、对氧含量和烧结工艺要求严格,目前产业化程度低于不锈钢MIM。

顺带一提的是,镍基合金粉主要用于高温、高强度和耐腐蚀环境,如航空航天、特殊工业零部件等,在消费电子MIM中的应用相对较少。

总结:

AI产业链中带来的金属粉体机会,不是需求量的均匀增长,而是从规模化制造向高性能材料升级。随着AI硬件向更高算力、更高集成度和更高可靠性发展,下游应用对粉体提出更高要求,包括粒径精准控制、高纯度、球形化、高流动性、低氧含量以及表面功能化处理能力。

在产能布局上,值得重点关注的粉体方向集中在几个领域:一类是电子级超细粉体,如超细镍粉、铜粉、银粉,其技术壁垒集中于纯度、粒径控制;一类是高性能软磁粉体,如铁硅铬粉、羰基铁粉、非晶/纳米晶粉,核心在于材料设计、低损耗性能和批量稳定性;还有一类是先进制造粉体,如钛合金、铝合金及MIM用粉,需具备稳定的球形粉制备能力和质量控制体系。

 

粉体圈sherin整理

作者:粉体圈

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