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低温导电银浆在新能源车上的应用

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低温导电银浆在新能源车上的应用

银(Ag)是白色、有光泽的金属,其质地柔软,同时拥有良好的柔韧性和延展性,还是导电性和导热性最好的金属。在大多数行业中,白银的应用都不可替代,尤其是需要高可靠性、高精度和安全性的高技术行业。特别是在汽车电子行业中得到广泛的应用,尤其在芯片、膜内电子、导体、开关、触点和保险丝上。

银的发光特性预示了它在可再生能源技术中的应用。在所有金属中,银有最高的导电性,这使它成为用于太阳能电池和电动汽车电子部件的理想金属。

早在几十年前,白银就在汽车行业发挥了作用。随着技术的发展,含银部件应用在更多的多样化轻型车辆当中,这也进一步说明了银的两个关键特性,即其在任何金属中具有最高的导热性和导电性的独特特性以及广泛的可用性。此外,根据公开资料显示,银的导电性和耐腐蚀性使其在电子产品中的应用至关重要,新能源电动汽车也不例外。

善仁新材预测:新能源汽车,尤其是纯电动汽车,在许多部件的应用中都需要白银,包括:烧结银、膜内电子、各种芯片封装、镀银导线、触点等。这有赖于白银具有良好的导电性能、抗氧化性和抗腐蚀性。纯电动汽车由于具有较强的电气特性,且对能源管理系统有额外需求,每辆车的白银消耗量约为传统内燃机汽车的1.6-2.2倍。根据世界白银协会的统计,传统内燃机汽车每辆约需0.5-0.9盎司的银,混合动力车每辆约需0.6-1.1盎司,而纯电动汽车每辆的用银量则约为0.8-1.6盎司。

实际上,汽车上的所有电气连接都使用银。汽车制造商将银涂在电动座椅、车窗和其他汽车电子产品的电触点上,以提高电导率。随着全球对新能源的重视,新能源汽车的产销量将会呈现逐年上升趋势。

以中国为例子,根据《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》指出到2025年新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右。因此,在此背景下,汽车行业对于白银的需求将会进一步提升。

善仁新材在新能源车上的应用导电材料包括:高导热烧结银、可拉伸导电油墨、透明导电油墨、可焊接导电银浆、低温印刷银浆和导电银胶等。

一 低温无压烧结银用在三代半导体封装:

随着model3和比亚迪汉在在铝散热器表面镀银,用于IGBT银烧结(特斯拉Model 3 使用的STPAK封装IGBT)。

中高端的MOSFET(绝缘栅型场效应管)及IGBT主流器件市场基本被欧美、日本企业垄断。我国IGBT产品对外依赖度达到90%。国外IGBT主要制造商包括英飞凌(Infineon)、ABB、三菱、西门子、东芝和富士。而丰田汽车是目前全球唯一能够自产IGBT的整车厂。

国内新能源车领域低温银烧结技术量产IGBT的供应商为中车株洲时代和比亚迪。新能源汽车IGBT的电压一般为650V(乘用车)和1200V(商用车)级别。以上应用推荐善仁新材的无压烧结银AS9375和加压烧结银AS9355。

二 低温导电银胶用在新能源车各种芯片封装:

芯片在汽车领域的用途非常广泛,除了常见的多媒体娱乐系统、智能钥匙和自动泊车系统外,芯片还广泛应用在汽车发动机和变速箱控制系统、安全气囊、驾驶辅助系统、电动助力转向、ABS、电子稳定性系统(ESP)、行人保护、胎压控制、电动车窗、灯光控制、空调系统、座椅调节系统中,堪称汽车的神经。推荐善仁新材的芯片封装导电胶AS6500;低温芯片封装导电胶AS6200;超低温芯片封装得到银胶AS6080。

一般而言,汽车包括动力传动、底盘、安全、信息娱乐、车身、网络通讯等子系统。随着智能化、网联化、电动化的发展,汽车各子系统中越来越多地应用了大量半导体元器件,如模拟器件、MCU、存储器、功率器件、传感器等。推荐善仁新材的芯片封装导电胶AS6500;低温芯片封装导电胶AS6200;超低温芯片封装得到银胶AS6080。

从应用领域来看,目前传统汽车上半导体芯片主要集中应用于动力传动系统、车身、底盘&安全及影音娱乐系统,四者占比超过90%,其中动力传统系统占比达到46%。

在纯电动汽车中,功率芯片占55%,推荐善仁新材的低温无压烧结银AS9375和AS9330;MCU占为11%,推荐善仁新材的导电胶AS6500;传感器占7%,推荐善仁新材的AS6089;其他芯片占27%,推荐善仁新材的低温导电银胶AS6200。

三低温导电银浆用于新能源汽车中的柔性电子:

1 电动汽车动力系统

电动汽车电池监测/加热。在设计给定的电池重量和成本预算下,尽可能提供最大的续航里程,是电动汽车制造商的关键诉求。这需要动力电池尽可能保持在高效的工作状态,其中很重要的影响因素便是温度。此外,温度(和压力)升高还可能意味着故障和可能的安全问题。因此,印刷的温度传感器阵列或能提供电池温度监测,同时,还可以在同一功能膜中印刷加热器,帮助电池维持在最优的工作温度。推荐善仁新材的低温导电银胶AS6080和导电碳浆AS7110

2 电动汽车座舱

1)人机界面(HMI)。座舱人机界面(HMI)是印刷/柔性电子在汽车应用中的一个主要机遇。印刷压力传感器已经广泛应用于座椅占用监测,或将很快进入车辆控制面板,提供比纯电容式触摸传感器更大的输入范围,从而取消机械开关。此外,占用传感器可能会演变成分布在整个座椅结构上的多点传感器,以监测乘客的舒适性。推荐善仁新材的低温导电银浆AS8506

2)印刷/柔性车内供暖。现有的车内供暖主要依赖制热空调,这是非常低效的,且很不适于电动汽车。利用印刷/柔性电子技术,可以将加热器件嵌入人体接触位置,供暖更有效,这种方式可以扩展到座椅和方向盘以外,例如扶手和中控台等。此外,印刷电子的保形性使加热元件能够放置在离表面更近的地方,从而使加热更加高效和灵敏。透明导热材料可以更进一步,它们可以直接应用于皮革等材料的表面。推荐善仁新材的低温导电银浆AS8009和透明导电油墨AS9600

3)集成电子的新兴制造。模内电子是汽车制造业的重要趋势之一。通过电子元件和热成型塑料的结合,可以使中央控制台和顶置控制面板等集成系统变得更轻、更简单、更易于制造。善仁新材预测,模内电子市场规模到2031年将增长至约13亿美元。另一种新兴的制造方法是直接在3D表面上印刷电子器件和电介质油墨。这样可以取代各种线束,减轻系统重量和复杂性。推荐善仁新材的可拉伸导电银浆AS7120和可拉伸保护油墨CC717

4)舱内显示和照明。汽车制造商越来越喜欢在他们的车辆中增加各种显示屏,以实现差异化。为了满足消费者对显示分辨率和色域的高要求,使用善仁新材的纳米银浆AS9120的OLED显示屏的应用可能会越来越多。另外,一体化设计也会带来更广泛的集成机会,例如可以提高安全性的透明A柱等;炫酷的氛围灯也可以提供差异化,例如将LED嵌入柔性基板,提供轻量化且共形的新方案。推荐善仁新材的透明导电油墨AS9600和高导热低温烧结银AS9330

3 车辆外部的印刷/柔性电子

1)集成天线。车辆互联趋势不断增长,需要多个天线来覆盖多个频段。这需要将天线集成到车身覆盖件中,为模内电子和3D表面印刷电子提供了市场机遇。未来,透明天线还可以嵌入车窗。推荐善仁新材的印刷天线低温导电银浆AS6088,AS6089和AS6081以及透明导电油墨AS9600系列

2)外部照明。随着车辆自动驾驶水平的提高,车辆需要与行人互动。低成本的印刷/柔性显示非常适合这种应用,因为低重量、耐久性和保形性(包括在事故中)都比分辨率更重要。可能的方案包括印刷LED,以及在柔性基板上安装LED。推荐善仁新材的高导热银浆AS9331和低温导电胶AS6080P

3)外部透明加热器。自动驾驶车辆或ADAS系统中的摄像头和激光雷达需要保持持续清晰的视场。这意味着必须确保传感器上的透明视窗没有雨雪、雾气或霜的遮挡。推荐采用银纳米线或碳纳米管等透明导体开发新型透明加热器。随着时间的推移,这些技术的成本肯定会持续下降,从而还可以将它们应用于车窗。推荐善仁新材的低温导电胶AS6200和AS6080L以及透明导电油墨AS9600系列

4 )印刷/柔性光伏。虽然利用光伏发电支持电动汽车长途续航还不现实,但它们确实能够每天为车辆增加大约30公里的续航。目前,传统太阳能电池板采用的是硅光伏电池,而新型薄膜光伏电池凭借其重量轻、整体性好等优势,会成为一种很有前途的替代品。推荐善仁新材的纳米银浆AS9110纳米银浆和低温固化可焊接银浆AS9326

5)IME膜内电子1. AS9120是专为适用于In Mold Electronic应用而开发的低温焊接导电银浆,能够承受热成型和超模压温度,并且可以低温焊接元器件在此银线路上。

2. AS7120是低温固化可拉伸导电银浆,能够承受热成型和超模压温度,具有很好的热拉伸性。冷拉伸性也可达100%,阻值变化小于50%。

3. AS7110是导电碳浆,可以防止银迁移,并且具有很好的耐磨效果,能够承受热成型和超模压温度。

   AS7111是导电碳浆,具有很好的导电性能,能够承受热成型和超模压温度。

4. AS5700是一种可拉伸的银浆,能够承受热成型和过模塑温度,可以直接制作RFID和NFC,也可以制作天线,可实现完全集成的三维功能电子器件。

5. AS5701是一种可拉伸的银导体,能够承受热成型和过模塑温度,适用于电容式开关应用和互连电路,可实现完全集成的三维功能电子器件。同样,对于In Mold Electronics来说,优点是导电性更高的银,图形层上的银显示量较少,直接粘附在聚碳酸酯和图形油墨上,以及热成型和注塑成型后的性能。

6. AS6080是一种点胶型导电银胶,90度快速固化,能够承受热成型和超模压温度。该导电胶可用于连接各种元器件在涂有图形的导电油墨和/或上釉的聚碳酸酯基底上。

7. AS6080P是一种印刷型导电银胶,90度快速固化,能够承受热成型和超模压温度。该导电胶可用于连接各种元器件在涂有图形的导电油墨和/或上釉的聚碳酸酯基底上。

8. AS9600,AS9601 用于制作IME模内电子透明电极,为透明导电油墨产品,阻值从50-2000欧姆之间。可以用于加热除雾,按键触摸,制作透明线路等。

9. AS8005,可以直接制作RFID天线。

10. CC7170,透明保护油墨,保护银线路氧化,能承受热成型和过模塑料温度,有很好的拉伸性,也可以起到银线路过桥作用。

11. CC6070,低温快速固化胶水,可以粘结各种塑料和难粘金属。

6)电致变色玻璃。电致变色玻璃是在两层玻璃基层中间加上导电介质,通过外加电场或电流来改变中间介质的颜色和透明度,从而改变玻璃的颜色状态。玻璃包括透明导电层——是一层导电薄膜,具有很高的光通过率和电导率。普通玻璃本身是不能导电,加上两层透明导电层之后,便可以形成导电玻璃,透明导电层的好坏直接影响着电致变色玻璃的性能。推荐善仁新材的透明导电油墨AS9600;电致变色层——是电子和离子的混合导体,是电致变色玻璃的核心部分,在电场作用下可以发生颜色改变。需要有较大的色光调节范围、较好的循环稳定性和较短的响应时间。推荐善仁新材的AS9100系列;电解质层——用于传导变色反应过程中所需的离子。需要有高的离子透过率、低的电子透过率,目的是尽可能的只让离子通过,而阻拦电子通过。离子存储层——也是电子和离子的混合导体,用于提供和储存变色所需要的离子,一般使用可逆的氧化还原物质。此玻璃的电极需要焊接引线出来,推荐善仁新材的低温可焊接导电银浆AS9326,也可以使用SMT的工艺,推荐善仁新材的低温导电银浆AS6080P,可以极大的提高生产效率。

7)豪华车星空顶制作。以星空全景玻璃为例,在全景玻璃天窗上印刷很多小图形,推荐善仁新材的低温导电银浆AS6087;小图形要和透明覆盖层上的线路粘结导通,推荐善仁新材的低温固化导电银胶AS6080H。