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压电材料新技术为手机移动端电子模组产业赋能
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行业动态
压电材料新技术为手机移动端电子模组产业赋能
时间:2024-12-17 09:42:32 182

国内AI芯片、人工智能、超算、移动交互产品等新兴产业高速发展,为派和科技发展高性能压电材料、电子模组等新业务提供了更多商机和发展空间,也吸引更多需求企业与创始人寻求合作。

一、高性能压电陶瓷材料

多层压电陶瓷可以在低于920无压条件下烧结,仍保持元件压电系数d33高于740,可避免采用昂贵的银钯合金作为内电极,极大降低了制造成本,具有重要的产业化意义,该技术已在国内大厂批量化应用,处于国内领先水平。派和科技将采用该技术推动多层压电陶瓷材料在下游移动端领域的大量应用,实现高性能与低成本兼具的产业优势。派和科技与合作伙伴联合试制出小型叠层压电元件0.6x0.6x0.8mm,层厚20um,助推压电器件小型化,实测该元件位移量大于0.65um@45V,对应的场强超过2kV/mm。

图 压电陶瓷在880-920℃下烧结SEM图

图 低温共烧的多层陶瓷

二、基于压电材料的光学模组

同其它材料比,压电陶瓷元件具有功率密度高,毫米尺度仍保持较高输出力,执行器造型设计灵活,自身功耗小,低压驱动,微纳米过程控制,旋转或直线多种运动类型,驱动与自传感可集成化设计等特点,与光学部件结合,未来可实现光学组件聚焦、变焦、防抖等功能。创始团队成员自2000年就与海外知名企业开展光学模组研发,研制出外形尺寸最小、零部件数量最少的聚焦模组,并推出行波驱动、驻波驱动、螺纹驱动、惯性驱动、液态镜头等多原理机型,积累了大量实战经验。

团队创始人自2000年,与国内外重要客户开展旋转超声电机、一维与二维压电精密微动台等工程化研究。当年与外商合作,就推出最小尺度的光学聚焦模组,其响应时间小于0.5ms,抗跌落能力强。与新加坡、以色列等多国合作,推进了磁盘HDD新技术发展,实现了高性能压电材料低温共烧且六分区叠层工艺:单层层厚微米级,分区电容6.2nF,介电损耗<0.013,d33>2500PC/N。新技术推进合作企业实现了硬盘寻道系统体积缩减1/2,寻道精度提高至少2倍。

图 微型光学压电聚焦模组

图 聚焦模组

三、基于压电陶瓷的扬声器技术

同传统的动圈扬声器比,超薄压电扬声器具有高功率密度、高转换效率、低功耗、无电磁干扰、低于0.5mm超薄设计、不采用绕线结构无EMI噪音等优点。创始人团队于2006与外资企业开展有关研究工作,率先采用叠层压电陶瓷研制出重量仅1g的23×27型扬声器,其体积是同类电磁喇叭1/12,重量是电磁喇叭1/5,功率小于15mW。并提出了一款新型46型规格的压电扬声器,采用4片外形尺寸18×18mm,介质层厚度为25um的多层压电陶瓷,陶瓷晶粒尺寸约1.2um,上述技术远早于国内企业开始应用。

早期研发压电扬声器直接对标松下、村田等竞争对手同等规格的产品,技术指标、声学效果不亚于对手,提出高效声学模拟、柔性阻尼配重、振动模式调控等新技术,使扬声器主要参数优于其频带200Hz~20kHz,声压级近88dB,失真由10%降到5%。

图 PS23×27扬声器

图 PS46扬声器  

四、基于压电陶瓷的散热模组

派和科技联合高校和科技企业资源,重点关注压电材料在手机等移动端电子模组领域中的应用,除了上述声学模组、光学模组之外,创始人早期发展了压电触摸屏新技术,其潜在技术优势:可变形、扭曲甚至折叠,形成柔性显示屏,除具有主流电容触摸屏特点外,可感知作用力大小、变化速度等多维信息。

现如今,派和科技利用叠层压电陶瓷技术发展芯片散热模组技术,该技术是解决手机、VR、AR等移动端,笔电,超算、5G等场景散热的新技术。该技术的特点:1、属有源散热,不同于传统被动散热;2、设计灵活,集成度高,无磨损部件;3、采用压电膜,器件电压低;4、器件背压高,内部气流时速高;5、超薄、静音、防尘、防水等。国外已有两家科技企业,利用压电材料发展硅基主动散热模组技术,一家FRORE System推出全固态散热芯片AirJet,得到高通、英特尔等主流厂支持,另一家xMEMS推出基于压电材料的MEMS扬声器以及类似技术演化成的超薄气冷式主动散热产品。上述两家散热模组的基本原理类似,均是振膜超声波频率振动产生气流,从模组顶端进气孔吸入空气,再从模组侧面出气孔排掉热交换后的热气,实现芯片散热。

派和科技具备高性能压电材料、压电扬声器、各类驱动器及电控算法等开发经验,研发硅基、非硅基等散热模组量产方案,提出主被动复合型压电散热模组,方案潜在特点:散热效果更佳;制造成本更低;柔性制造能力更强。

图 派和科技的单腔、整体流型仿真分析

北京派和科技股份有限公司(简称派和科技),获批国家高新技术企业、中关村高新技术企业、中关村“金种子工程”企业、北京市专精特新中小企业,牵头机械工业联合会“机械工业压电陶瓷应用工程研究中心”。


主营业务重点解决各领域卡脖子技术:高性能压电陶瓷材料;压电点胶封装系统;微纳米压电微驱动系列产品;100Hz Mini LED巨量转移系统;皮升级压电打印系列产品;超声焊接换能器;超声薄膜喷涂系列产品;压电模组(光学、声学、散热)等。部分产品已批量用于新能源、3C、显示等领域,新技术与新产品助推在半导体、生物医疗、航天宇航等领域中的应用。

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