“智能化”是汽車行業的核心關鍵詞和主線：智能駕駛、智能座艙、智能網聯，已成為當下汽車智能化的主要幾個部分。從當下熱門的L2級自動駕駛，再到未來的L4/L5高階自動駕駛，智能化帶來的單車平均增量價值或數以萬元計。
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材料行業是現代工業的基石，而在智能汽車產業中，各種先進材料的應用也是支撐起整個產業的基礎。這里，我們就來了解一下汽車智能化進程中占據越來越重要地位的材料——陶瓷材料。一、陶瓷材料分類以及的性能優勢
陶瓷材料是一個大類，是指用天然或合成化合物經過成形和高溫燒結制成的一類無機非金屬材料。它具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優點。應用在現代工業中的主要是以高純、超細人工合成的無機化合物為原料，采用精密控制工藝燒結而制成的新型陶瓷材料。其成分主要為氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等。
陶瓷基板是智能汽車的各種電子產品中最常見的陶瓷材料應用，識別二維碼，與行業內人士共同探討陶瓷基板在汽車領域的發展
目前常見于車載領域的陶瓷材料包括氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、二氧化鋯(ZrO2)、氧化鈹(BeO)、氧化鋁(A12O3)等，用于車上的結構性組件與功能性組件，因此也被分為結構陶瓷與功能陶瓷。1.性能優勢
新型陶瓷材料是一種原子晶體材料，其結構與金剛石也就是我們常說的鉆石類似，因此其物理特性在某些方面也極為相似，比如說高硬度。以下是對陶瓷材料性能優勢的一個小結：高硬度、尺寸精確：陶瓷材料一般具備極高的硬度/剛度，這種高硬度直接轉化為出色的耐磨性，這意味著許多技術陶瓷能夠比任何其他材料更長時間地保持其精確、高公差的光潔度。抗壓強度：新型陶瓷具有非常高的強度，但只有在壓縮時才會如此。例如，許多精密陶瓷材料可以承受 1000 至 4000 MPa 的極高載荷。另一方面，鈦被認為是一種非常堅固的金屬，其抗壓強度只有 1000 MPa。低密度/輕量化：精密陶瓷的另一個共同特性是它們的低密度，從 2 到 6 g/cm3。這比不銹鋼 (8 g/cc)更輕。高介電強度（絕緣性）：它們在其他材料的機械和熱性能趨于退化的高溫應用中特別有用。一些陶瓷具有低電損耗和高介電常數；這些通常用于電容器和諧振器等電子應用中。此外，將絕緣體與結構部件相結合產生了許多產品創新。耐高溫性能：陶瓷材料是一種超高溫材料，其熔點溫度大都超過1500℃。目前在發動機、渦輪機和軸承等高溫應用中已經有著部分案例。導熱性和絕緣性能：不同類型的陶瓷材料的熱性能差異很大。有一些陶瓷（氮化鋁）具有高導熱性，通常在許多電氣應用中用作散熱器或交換器。其他陶瓷的導熱性要低得多，使其適用于廣泛的應用。化學惰性、耐腐蝕性能：陶瓷材料的化學穩定性非常好，化學溶解度低，因此具有很高的耐腐蝕性。金屬和聚合物無法提供相同的惰性或耐腐蝕性，這使得陶瓷在許多商業和工業應用中成為極具吸引力的選擇，特別是在還需要耐磨性時。2.陶瓷材料的缺點
在有著以上優點的同時，陶瓷材料不可避免地也存在著一些難點；剪切和抗拉強度差，高脆性，延展性差；設計與加工難度大。得益于陶瓷優異的電氣性能、機械性能以及耐熱性，其在車規級的嚴苛要求中反而有著更為廣泛的應用。比如說用作各種電子元器件如電阻、電容、電感；由于導熱性優異其可用于各種功率器件、傳感器芯片的陶瓷基板；此外，陶瓷還可以用在傳統燃油發動機、新能源鋰電池、剎車片、陶瓷閥片等。二、陶瓷材料在汽車中的應用
作為“電子產品”的智能汽車，更關注數據的采集、處理及通信。有別于傳統汽車，智能汽車決定產品間差異的不再只是機械部件，而是諸如傳感器、芯片、CAN總線這樣的電子部件。甚至許多用戶對電子部件的重視程度，已經超越了對機械本身的關注。而在這些智能網聯與智能座艙設計的硬件中，陶瓷材料也是常見的基礎材料之一。1、傳感器芯片封裝
人工智能的發展帶動了汽車智能化發展，過去以CPU為核心的處理器越來越難以滿足處理視頻、圖片等非結構化數據的需求，同時處理器也需要整合雷達、視頻等多路數據，這些都對車載處理器的并行計算效率提出更高要求，而GPU同時處理大量簡單計算任務的特性在自動駕駛領域取代CPU成為了主流方案。由于芯片集成度的提高，運算數據的增大，芯片正逐漸由小功率向大功率方向發展，對散熱提出了更高的挑戰。陶瓷具有高導熱、高絕緣、且與芯片材料匹配的熱膨脹系數接近的優勢，因此，目前車載攝像頭、毫米波雷達與激光雷達等產品的芯片封裝中陶瓷基板占據著越來越重要的地位。
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2、LED封裝
從汽車前大燈、尾燈、投影燈到車內的氛圍燈、顯示屏背光，甚至目前業界非常火爆的AR HUD中，LED都是主要的光源所在。隨著智能汽車的發展，LED在車內將有著巨大的成長空間。LED的散熱會對LED芯片的效率、壽命、可靠性等產生重要影響，這就要求LED封裝具有良好的散熱能力。目前，LED散熱基板主要使用金屬與陶瓷基板。陶瓷基板與傳統鋁基板相比，陶瓷基板反射率較高，有助于提高光效；且陶瓷基板的環境耐受度高，可應用于高溫及高濕度環境，具備耐熱性、耐光線逆化，具有可靠性高，壽命長等特點；此外陶瓷的導熱系數較高，且屬于絕緣體，從而可以保證LED的熱流明維持率（95％），氧化鋁或氮化鋁基材尤其適合大功率LED使用。3、IGBT封裝
近年來，國內新能源汽車發展迅速。絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）被稱為電子電力行業的“CPU”，作為工業控制及自動化領域的核心器件，IGBT 模塊在新能源汽車領域中發揮著至關重要的作用，是新能源汽車電機控制器、車載空調、充電樁等設備的核心元器件。IGBT 約占新能源汽車電控系統成本的37%。
高壓大功率IGBT模塊所產生的熱量主要是通過陶瓷覆銅板傳導到外殼而散發出去的。陶瓷覆銅板具有高導熱性、高電絕緣性、高機械強度、低膨脹等特點，可保證模塊內部的高壓對散熱器的絕緣安全，其良好的散熱性能，能夠將功率器件工作時的熱量傳出去，有效降低模塊內部溫度，提高可靠性。因此陶瓷覆銅板是電力電子領域功率模塊封裝的不可或缺的關鍵基礎材料。陶瓷基板材料的性能是陶瓷覆銅板性能的決定因素。陶瓷基板材料有氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁、氮化硅等，其中，AlN陶瓷的熱導率較高，在環境溫度較高的惡劣環境散熱效果較好。在某些特殊應用場合，功率系統的損耗非常大，AlN陶瓷材料受到了廣大設計者的青睞。4、汽車電子-電子元器件
MLCC（片式多層陶瓷電容）被稱為“電子工業大米”，是全球用量最大的被動電子元件之一，幾乎所有消費電子都要用到MLCC元器件。與傳統車相比，電動車的電子化水平有大幅提升，從新增的電控、電池管理系統，從影音娛樂系統到 ADAS 系統到完全自動駕駛系統等等。汽車電子化水平的提升極大地促進了車用 MLCC 的增長。按照中國電子元件行業報告數據，2020年全球MLCC市場出貨量約4.39萬億只，其中汽車用MLCC數量約占10%，而金額則占到15%左右。隨著新能源汽車的持續滲透，以及智能化、物聯化發展，其中使用的電子元件也大幅增加，預計到2025 年全球汽車用 MLCC 需求量將達到4730億只， 五年平均增長率約為 4.6%。
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除了此之外，陶瓷材料還在其電性能甚至特殊光學材料方面有著應用。5、觸覺反饋
功能性陶瓷材料中的壓電陶瓷還可以用在智能座艙的觸控反饋方案中。壓電陶瓷是一種重要的換能材料，其機電耦合性能優良，在電子信息、機電換 能、自動控制、微機電系統、生物醫學儀器中廣泛應用。6、光學材料
透明陶瓷是指采用陶瓷工藝制備的具有一定透光性的多晶材料，又稱為光學陶瓷。與玻璃或樹脂類光學材料相比，透明陶瓷不僅具有與光學玻璃相仿的透光質量，而且更強、更硬、更耐腐蝕、更耐高溫，可應用于極端惡劣的工況，并且折射率可以變化，目前業界部分廠商已經在嘗試采用透明陶瓷材料作為車載攝像頭鏡片、激光雷達窗口材料、激光光學器件等。三、艾邦陶瓷展上的陶瓷相關展商
關于目前智能汽車上的關鍵基礎材料——陶瓷基板等，2022年9月7日至9日，艾邦將于深圳國際會展中心3號館舉辦第五屆5G加工暨精密陶瓷展覽會，將有許多優質廠商展示其核心產品，歡迎智能汽車產業鏈上下游朋友前來參觀了解： | | |
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| | PTC多層陶瓷整線設備HTCC設備LTCC設備等靜壓機切割機流延機裁片機填孔機印刷機疊層機等 |
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| | LTCC / HTCC/微波介質陶瓷元件及衛星導航組件 |
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| | DPC薄膜陶瓷電路板、氧化鋁DBC覆銅陶瓷封裝材料、氧化鋁DBC覆銅陶瓷封裝材料、AMB氧化硅覆銅封裝材料、陶瓷制冷片 |
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| | 96%氧化鋁、99%氧化鋁、氧化鋯陶瓷基板、陶瓷金屬化、陶瓷發熱片 |
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| | 99瓷氧化鋁基板、半導體陶瓷工具、生物陶瓷材料、納米材料 |
| | 精密陶瓷及結構件、電器陶瓷及配件、電子陶瓷（瓷殼、瓷棒、瓷管）、新能源汽車陶瓷配件、定位陶瓷天線 |
| | 介質濾波器、介質雙工器、介質合路器、介質諧振器(TEM、TE、TM)、陶瓷天線、射頻標簽、陶瓷波導濾波器、陶瓷腔體濾波器 |
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| | HTCC（高溫共燒陶瓷）/LTCC（低溫共燒陶瓷），生瓷帶，粉體，漿料 |
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| | 氮化鋁陶瓷基板、99.6%氧化鋁陶瓷基板和氮化硅基板 |
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| | 薄膜陶瓷，流延機，等靜壓機、沖孔機、生磁帶切割機、球磨機、分切機 |
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原文始發于微信公眾號（智能汽車俱樂部）：智能汽車行業的基石-陶瓷材料應用簡介
