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新兴应用机遇爆发, 电子材料产业千帆竞逐
时间:2020/9/17 10:46:49

  科技是推动社会进步的第一生产力,而材料则是整个科技产业革新的物质基础。随着5G通信、车联网、云计算、物联网、人工智能、柔性电子等新兴应用领域的蓬勃发展,庞大的市场前景给上游的电子材料产业注入巨大的推动力,一场千帆竞发、你追我赶的电子材料发展热潮正在进行中……

  新兴应用的技术要求

  电子材料作为半导体产业链上的最上游,涵盖的细分子行业繁多,且所应用的行业发展水平不一,所以每个终端行业对于材料的技术要求都不尽相同。这就需要电子材料厂商善于走在市场前面,通过技术转化推出更适合市场需求的新型电子材料。

  (1)汽车电子

  近年来全球汽车产业上下游似乎都不太好过,一边是汽车终端市场萎靡不振,一边是开放合作之路荆棘重重。为了摆脱发展困局,下游车企业纷纷转战“汽车新四化”赛道,即电动化、互联化、智能化、共享化。其中,电动化的方向—新能源汽车毫无疑问是未来发展的主基调之一,受全球多国的推崇。

  在电动汽车上,越来越多的电气化设备需要各种新系统与新组件,例如高压的充电系统、更高效能的电池技术、驱动电机等等。这使得电子材料的技术要求完全不同于传统内燃机的需求,在安全性、稳定性、散热度等指标上都有更高的要求。与此同时,汽车中的电子设备越多,车身就越重;然而为了消耗更少的燃料并降低二氧化碳排放量,又势必要减轻车身重量。尤其对于电动汽车,这种减轻重量的诉求更是重中之重,因为其续航能力相比内燃机驱动汽车仍有待提高。

  来自荷兰皇家帝斯曼集团的工程热塑性材料可以为这类汽车电子问题提供诸多解决方法。据帝斯曼工程材料事业部总经理张振宇介绍,帝斯曼努力使电子产品微型化(更小型)、轻薄化(更纤薄)以及更集成化,即减少所需的配件数量。在提高散热量上,帝斯曼开发了新型的Arnite®耐水解PBT,在150℃时依然具有极佳的性能。此外,帝斯曼的Arnite®耐水解PBT系列还包含阻燃级别产品,可达到0.4毫米UL94 V0阻燃等级,能全面满足汽车电子元器件,如汽车连接器、控制设备和传感器等对材料的新需求。值得一提的是,帝斯曼还努力减少消费品在整个生命周期内对环境的影响,包括有害材料废弃和碳排放、能源与水消耗、资源回收再利用、稀土金属和矿物的使用和减少碳足迹等方面。

  帝斯曼 工程材料事业部总经理 张振宇

  在氢能源动力领域,未来将出现许多使用氢能源动力的商用汽车,所以氢燃料技术也是帝斯曼重点关注的发展项目之一。例如即将到来的北京冬奥会,其所使有的大巴将是具有氢能源动力的新能源汽车,帝斯曼有相应的产品被应用其上。此外,帝斯曼针对燃料电池汽车的储氢罐,专门开发了以聚酰胺(PA6)吹塑作为内胆,连续碳纤增强复合材料缠绕于外的四型瓶(Type IV)。该储氢罐(IV 型瓶)具有极低的氢气渗透率,并能达到苛刻的储氢压力要求(70Mpa),在满足减重的同时,最大程度的保证了安全性。

  “帝斯曼还十分看好物联网和智能汽车的未来。”张振宇说道。未来的汽车电子一个趋势是,汽车引擎盖下、车厢内外等所有单个部件,将通过整体“智能”设计及其智能电子设备连为一体。就像智能手机革新人类的沟通方式一样,互联汽车将彻底变革人们的驾驶方式,并将成为“万物互联”的一部分。由此,帝斯曼正在努力提供创新的车联网解决方案,优化联网汽车的性能。

  (2)5G通信

  从1G到4G,一直是欧美日韩领跑的时代。而在如今的5G通信网络中,中国仅用几年的时间便占据了领先地位,加速了国内物联网产业的全面发展,并将为制造业、医疗业、运输业乃至每个人的日常生活造成颠覆性影响。这让电子材料产业看到了不少机会。

  短期来看,如今国内5G基站建设如火如荼,对所需材料的导热、散热性能要求显著提高。莱尔德电子亚洲区销售副总裁CS Wong告诉《国际电子商情》,由于5G基站运转功率加大,但总体体积变小,这就需要各模组之间的导热和散热性能运转更为高效。

  作为一家高性能的导热和屏蔽材料供应商,莱尔德可以提供一系列的复合型材料,包括EMI屏蔽材料、导热吸波二合一的复合型材料、和超柔软的高导热性材料等等,这些明星产品均能很好地满足5G基站的导热需求。据悉,在5G通讯市场,目前莱尔德电子的导热和屏蔽材料市占份额居于首位;并在中国疫情严重期间为武汉重点抗击疫情单位的5G通信设备提供了相关的5G基站材料。

  莱尔德电子 亚洲区销售副总裁 CS Wong

  对于电子器件的散热性能,来自香港纳米及先进材料研发院(以下简称NAMI)的研究发展总监(电子)刘晨敏博士认为,热管理对于整个器件的有效及可靠性至关重要。NAMI研发了一系列的散热和电子封装材料,如具有超高导热率的金属固晶材料、具有定向排列的高导热热界面材料、超轻质及超高导热的碳金属散热器、以及具有高导热系数的浸没式冷却液,为如今的大功率电子器件提供可靠的散热方案。据介绍,NAMI是于2006年由香港政府创新科技署成立并指定为纳米技术和先进材料的研发中心,致力于各领域促进技术商品化及再工业化。

  长远来看,尽管5G消费终端仍处培养消费的初级阶段,但可以预测,今后电子消费产品手机将会朝着连接性能更精准、更稳定的方向发展,技术层面会有更多的应用落地。

  张振宇表示,随着5G应用整体开发的进步与核心功能的变化,未来5G智能手机的天线多频段设计更为复杂,5G网络对智能手机提出了更严格的要求。对此,帝斯曼为智能手机提供更具安全性、加工性以及耐磨性的解决方案。

  (3)可穿戴电子

  在可穿戴电子领域,NAMI刘晨敏博士认为, 能提供足够能量和功率、并能自由弯折的柔性电池将为可穿戴电子带来更广泛的市场应用。因此NAMI近几年来连续开发了用电纺丝以及印刷工艺制备的一系列柔性电池,包括一次性电池贴纸和可充电锂离子电池等等。这些电池轻薄舒适,内阻低,因而可以支持大电流放电,并具有可设计的能量密度。电池体系中使用固态电解质,大大提高了电池的安全性能,这一点对于可穿戴电子至关重要。

  香港纳米及先进材料研发院 研究发展总监(电子) 刘晨敏

  另外,在方兴未艾的柔性电子领域,基于有机-无机材料杂化结构的柔性超硬透明保护涂层也将具有广阔的市场前景。刘晨敏介绍道:“NAMI开发的有机-无机杂化涂层材料可应用于不同的塑胶表面,可提高表面硬度至9H,涂层透明不影响透光性,并且可以弯折10万次以上。这种保护材料可广泛应用于可穿戴柔性电子显示屏幕或者折叠屏手机表面,在不影响显示效果的情况下提供卓越的耐磨抗刮花性能。”

  综上所述,无论是哪个新兴应用,电子材料企业想要在市场里占据领先地位,首先就要有非常强的研发团队,永远要走在市场需求的前面;其次,产品的质量一定要过硬,与下游客户建立长久稳定的合作关系,双方才能行稳致远。

  供应链上的新需求

  电子材料的应用领域百花齐放,下游客户在业务拓展的同时也会产生出许多新的服务需求。对此,电子材料厂商必须积极尝试与配合,以迎合新的供应链变化。

  1.夯实技术研发实力

  刘晨敏博士表示,作为一所研发中心,NAMI更多的是和业界合作来开发新材料、新工艺,以及实现新技术的商品化。因而,在绝大多数情况下,NAMI是和大型终端客户的现有供应商,或者是终端客户本身合作,开发满足新需求的产品,而本身并不负责产品的生产。

  NAMI也有一些情况和一些材料供应商合作开发具有全新功能的产品,而这些新功能能够达到传统材料无法拥有的性能,并且拥有自主知识产权,从而提升合作伙伴的竞争力,开拓新的客户市场。这样的趋势在近年来愈发明显。

  张振宇表示,通常客户会先采用已经量产的材料来试模,由于帝斯曼工程材料有很坚强的技术支持团队,可以配合客户开发新产品和试模。因此当帝斯曼发现既有的材料不能满足客户

  新产品的需求或是新的行业标准需求时,就会组成跨部门(甚至跨国家)的团队,来支持品牌客户和他们的一级甚至二级供应商,针对重点品牌客户的产品设计需要开发新的牌号,确保帝斯曼以及终端客户持续保持领先的竞争力。

  2.更环保的电子材料

  事实上,电子材料行业的发展源远流长,却在近几年来发展明显增速。其中,消费者的环保意识和观念的不断加强。张振宇说道,从帝斯曼服务的全球客户来看,包括电子产业、汽车产业、电器行业在内的巨头企业,都把可持续发展作为他们的一个使命和宣言,并优先考虑选用可持续材料。

  “因此在2020年4月1日,帝斯曼‘工程塑料部’正式更名为‘工程材料部’。虽然只是一字之差,但更准确地概括了帝斯曼的产品性质,也进一步显示了帝斯曼的可持续发展承诺,迎合了工程材料行业的发展前景。”张振宇如是说。

  在产品上,帝斯曼已经在这方面取得了丰富的成果:EcoPaXX®碳足迹为零,是目前市场中性能最佳的环保聚合物产品。帝斯曼也为很多客户提供具有高回收率的材料,以提高其产品的寿命周期评估分数。此外,帝斯曼还积极探索如何替代危险材料,特别是采用无卤素的替代材料,如Arnitel® XG(用于消费电子产品电缆)、Stanyl® ForTii™(多用于电子产品接头)和Arnite® XG(用于白色家电的电气绝缘)等等。

  3.国产替代的危与机

  中美关系局势持续紧张,必定会对高度全球化的半导体产业带来旷日持久的影响。所幸的是,近两年来国产替代呼声日益高涨,全产业链正按部就班地推动本土化进程,其中电子材料的国产替代正是关键所在。

  CS Wong说道:“对于国产化的定义,以前是用人民币交易、或在国内生产。但是现在已经涉及到专利的可使用性、产品的可供性等等。譬如一个产品的核心技术是来自美国、或者产品内的美国专利高于一定比例,那么这款产品随时可能面临供货危机。因此,国产替代不仅是技术的国产化,还包括了所要应用的材料本土化。”

  对此, 莱尔德作为一家跨国企业,正从两方面着手解决电子材料国产化的瓶颈:一是继续扎根中国,深化布局本地市场,持续加大在中国本土的研发投入和生产布局,努力打造一个从原材料、到方案、再到成品的全本土化供应流程;二是与客户共同研发新产品、新技术,另辟蹊径去达到技术、方案的全面国产化,帮助最终客户预先避开供应链危机。例如在高速信号的互联方案里,普遍用金属去做屏蔽。但事实上可以通过其他方案去达成相同的屏蔽效果,这就是莱尔德与客户之间共同探讨开发的客制化方案。

  在这些国产替代的尝试中,CS Wong深知,材料原厂与下游客户必须保持开心见诚的合作态度,才能更高效地达成全面国产化。“一个是客户真正希望达到的目标,二是客户自愿突破和尝试的魄力,三是原厂的配合程度,这些问题需要双方开门见山地沟通清楚。因为越是新的颠覆性方案,就越需要与客户共同配合,才能真正落地。如果双方合作都能打开思维、勇于尝试,那么莱尔德就有信心帮助客户冲破重围、在激烈的市场里站稳脚跟!”CS Wong说道。

  英雄所见略同,帝斯曼张振宇表示,期待和与帝斯曼有共同兴趣、远景和目标的商业伙伴一起合作创新,创造具有价值和创新的产品和解决方案。他说:“的确,近几年中国客户对于供应链的本土化推动的力度很大。从帝斯曼的角度来看‘危’主要是:帝斯曼生产的一些大众化材料,如果没有特别的性能或质量优势的话,很容易被本地供应商取代。由于帝斯曼工程材料大部分的产品都是高性能的工程塑料,能够生产这样材料的公司屈指可数,所以在中美贸易战的大环境下,我们也看到了一些额外的机会。另一方面,帝斯曼也在加强中国的本土化,和新和成合作(合资)的PPS工厂就是一个很好的案列。”

  4.长尾需求井喷

  实际上,国内电子市场蓬勃发展,也得益于中小型科创企业的蓬勃发展。刘晨敏博士受访时表示,对于中小型公司而言,大部分情况下目标产品的性能独特性,即人无我有,是提高技术能力并打开新客户渠道的关键窗口。所以,不少电子材料企业正对处于长尾市场的中小型客户抛出“橄榄枝”。

  据悉,NAMI和本地电子界的中小微公司也有着多重合作。刘晨敏分享道:“和大型公司相比,与中小型公司开发的技术大多需要更贴近现行或者近期市场应用,能够比较快速的产业化,这样才能使得研发成本比较快速地转化为企业收入。”

  当然,有些中小型企业也希望参与到长远的先进技术研发。据刘晨敏介绍,为减少业界投资风险、提高本地科技竞争力,NAMI也通过平台项目的形式和多家企业合作,研发一些具有战略性的前沿应用科技,如用于大功率芯片电子封装的超高导热纳米金属固晶导热材料、具有体温感应自收紧功能的电子肌肉材料等等。

  参与这类型项目,企业通常只需要投入较少

  比例的资金,而在立项过程中已经多次探讨可以应用的产品方向并作为研发目标,在兼顾企业科研成本的同时也实现了本地科研技术层面的升级。

  莱尔德CS Wong介绍,其长尾客户主要由代理商来对接,但中小型客户所能享受到的技术服务质量是不会降低的,莱尔德的销售团队始终与最终客户有直接接触,包括技术支持、电子商务等等。接下来,莱尔德会继续寻找有发展潜力的中小型客户,一是考量公司的经营理念、二是其产品的市场竞争潜力,三是其技术创新的能力和魄力,莱尔德期待与中小型客户共同成长。

  不得不提的是,如何才能精准找到有市场潜力的中小型客户,是上游企业拓展长尾市场的难题之一。对此,帝斯曼尝试线上B2B商务的模式。张振宇说道:“传统意义上,由于材料行业的‘特殊性’,材料公司一般都采用线下的模式进行销售。这也导致了众多企业受限于地理位置或者中小规模,不太了解帝斯曼或者苦于无法高效地与帝斯曼开展合作。2020年5月,帝斯曼正式开启1688官方旗舰店,迎合了电子商务在中国迅速发展所催生的新型业态,也表明帝斯曼中国将以更加高效便捷的方式为更多客户提供优质产品和服务。”

  今后的布局策略

  随着5G布局、物联网智慧城市及健康老龄化的发展,NAMI刘晨敏博士认为,新一代的电子材料将会进一步向以下几个方向发展:

  (1)用于大功率电子的各种新一代具超高导热性能的散热材料;(2)用于户外极端温度范围物流追踪的大功率电池材料;(3)用于可穿戴电子设备的安全柔性能量存储材料,包括电池及超电容等;(4)用于可穿戴健康监测的低成本印刷传感器;(5)用于柔性电子的各类光学保护涂层;(6)环境友好及生物基印刷电子墨水材料,包括导电、发光、变色墨水等等。而NAMI将会沿着这些方向继续与业界合作进行多领域的研发。

  而莱尔德CS Wong提醒道,未来全球电子产业链的不明朗因素仍会激增,电子材料产业在向前发展的路径中,更不能忽略相应的风险管控。

  他认为:“今后企业管理阶层要有两手准备:第一是面对现实,时刻保持危机意识,为应对全球供应链危机而提前布局;第二是加大技术投入,提升客户体验,形成良好的口碑和品牌效益。危和机总是同生并存的,只有正面迎击,才能成功突围!”

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