以自研急冷工艺重塑蒸发冷凝技术,新川电子攻克高端电子粉体的量产难关

杭州新川电子材料股份有限公司(下称“新川电子”或“公司”)也是本次博览会的参展商之一。展会期间,新川电子携电感、MLCC、光伏三大核心产品线集中亮相,重点展示了铁镍合金粉、铁钴合金粉、高纯铁粉等电感材料,MLCC专用镍粉以及光伏新能源领域的高性能金属粉体。其中,用于AI服务器芯片电感的球形超细软磁合金粉备受关注,据现场工作人员介绍,该软磁合金粉已随电感元件批量进入英伟达AI服务器。

能够打入全球顶尖算力巨头的核心供应链,源于这家本土材料企业多年的底层攻坚。公开信息显示,新川电子成立于2017年8月,是国家级专精特新“重点小巨人”企业,长期深耕电子专用材料与新型微纳金属粉体材料的研发、生产与销售,为高端电子制造产业提供关键材料支撑。
当全行业的目光都被台前的大模型与算力芯片所吸引时,决定这些超级硬件能否稳定释放性能的物理底座更深植于鲜被聚光灯照及的材料源头。
AI热潮最上游,一粒粉的国产空白
AI服务器算力竞赛的背后,是一场发生在芯片底座微观维度的“供电保卫战”。随着单台服务器功耗普遍由传统千瓦级跃升至十千瓦乃至数十千瓦,电源模块需在微秒内响应数百安培的瞬态电流,传统磁性材料在高频大电流下极易出现严重的磁饱和与涡流发热损耗,使芯片级高频功率电感成为制约算力释放的关键物理瓶颈。2020年,头部算力巨头率先向被动元件供应链提出严苛指标,急需兼具高球形度、超细粒径与高频绝缘特性的微纳米级软磁合金粉,以支撑大电流下的瞬时响应。
“这是一个此前行业完全不存在的纯增量市场,年需求增速高达150%左右。”新川电子业务负责人郭飞指出,由于此前没有应用存量,全球初期面临着材料供给真空。抓住这一前沿窗口,新川电子开发的球形超细软磁合金粉在微观尺度实现了成分均一与绝缘包覆的极致稳定。在高端AI服务器细分赛道,公司为全球头部电感企业供应了绝大部分关键粉体,材料制成元件后已大规模批量进入英伟达AI服务器集群。
与芯片级电感协同支撑算力主板滤波去耦的,是用量同样爆发的MLCC(片式多层陶瓷电容器)。单台AI服务器对高容MLCC的消耗量从通用机型的两千余颗激增至两万八千颗以上,其内部介质层厚度已被压缩至0.5微米左右。这直接倒逼占其生产成本10%至15%的内电极纳米镍粉,向150纳米以下精分级粉体迭代,以防粗大颗粒刺穿超薄介质膜导致元器件击穿。然而,尖端规格的高端成品分级镍粉长年由日本昭荣化学、JFE等外资巨头把持,国内在核心原材料端长期面临明显的供给断层。
从全新开辟、独占鳌头的AI芯片软磁粉,到用量庞大、加速国产替代的高端MLCC镍粉,两者最终在微纳金属制备的原点相遇。这指向了同一个耐人寻味的工业难题:底层物理蒸发冷凝原理早在数十年前完全公开,加热与冷却设备在市场上也能买到,为什么从实验室样品到规模化稳定量产,全球能够跑通的玩家依然凤毛麟角?
第一道门槛:原理公开,工艺买不来
在新川电子车间里,技术团队把金属汽化形象地称为“造雾”,把微观凝华成核称为“下雪”。
“下雪不难,难的是每一片雪花都长得一模一样。”新川电子生产技术人员介绍道,“加热温度稍有波动,蒸发速率就会失衡;反应舱内的温度场和气流场如果分布不均,形成的颗粒就会忽大忽小;冷却如果慢了半拍,炽热蒸气凝结出的就会是毫无工业价值的粗大金属珠,而不是纳米粉末。”
把块状金属变为纳米粉末的物理蒸发冷凝原理,早在1984年便由德国科学家格莱特在学术期刊上公开发表。“原理方法就摆在那里,难的就是工艺设计。”谢上川表示,“我们开发了一套全新的蒸发冷凝工艺控制系统,包括温度场控制、热平衡控制、急冷工艺控制。特别是开发了可控的急冷工艺,实现了超高速度的冷却,从而使粉末能快速生成,提升整个生产效率和良品率,实现稳定量产。”
为了实现稳定量产,新川电子技术团队自研了极速冷却技术,使局部气流降温速率高达每秒数万摄氏度,在极陡的温度梯度下瞬间冻结蒸气、截断晶核生长,成功跨越了从粗大金属珠到均相纳米粉末的物理相变鸿沟。行业期刊《机械科学与技术》刊载的一项蒸发冷凝制粉研究指出,加热功率并非越大越好。功率过大会使高温区范围扩大、收集室温度升高,反而不利于纳米粉体生成。同样,《真空科学与技术学报》的相关研究则表明,同一炉金属蒸汽,冷却速度慢会凝成金属珠,冷却足够快才能得到金属粉——成珠还是成粉,差别就在冷凝条件。
比原理更具排他性的是整套自研生产系统。行业常规外购一套商业化成套机台动辄需要几千万元,且设备参数固定,工艺改进处处受制于人。新川电子选择自主搭建制造体系,核心加热腔与急冷流道全部自主设计,非标零部件外协加工,最终在厂内自行组装集成,把单套产线成本大幅拉低。关键的温控场与流体调节算法均由内部团队自主编写,既在底层对核心工艺形成了代码级的“黑箱”保护,又摆脱了外部厂商排期限制,实现产线的快速低成本复制。
而必须以最快速度形成批量产能的背后,是一条冷酷的行业铁律。“如果不能批量生产,客户根本不会试用,后续研发、市场推广都无法开展。”谢上川如是说。
从2018年转向电子级超细镍粉研发,到首套量产设备上线,再到高端规格粉体通过头部客户严苛认证并实现批量供货,团队扎根产线调试摸索了5年。这道门槛里真正沉淀下来的,是无法写进教科书、也无法随设备买来的千万次工程控制经验。
第二道门槛:把大颗粒剔干净,还要控住成本
从反应舱收集出的原粉,并不能直接交付给下游元器件厂。原粉出厂前必须经历精细的深加工与气动分级,剔除异常杂质颗粒,获得规格均质的成品粉。
“分级200纳米以下镍粉的核心难点,在于如何高效率地剔除600nm以上的异常大颗粒,同时要兼顾成本。”谢上川表示,“电子工业对材料价格高度敏感,必须在规模化量产中实现极高的一致性与经济性。”
大颗粒控制在日本同行那里有个专门指标,叫“切割粒径”(cut point)。它决定MLCC内电极能够叠印多少层,而叠层数直接决定电容器的容量。目前量产的最高端分级镍粉,新川电子把切割粒径做到300纳米及以下,并可在颗粒表面镀陶瓷膜,以提升分散性、延迟烧结温度,匹配瓷膜厚度0.8微米及以下的MLCC。
在谢上川看来,粉体制备的门槛远不止于名义粒径这一张入场券,而是由工艺能耗、缺陷拦截、界面修饰、良品净得率以及批次稳定性等共同构成的系统工程。新川电子的路线选择也由此而来,不追逐更细的名义粒径,而是在同一标称粒径下,把粒径分布做窄、把大颗粒做少、把批次一致性做高。
这套能力得到了官方认定。新川电子出品的“MLCC内电极用200纳米及以下高端成品镍粉”被列为2024年浙江省工业新产品,并获得国内首批次新材料认定。据杭州日报报道,新川电子是国内首家、全球少数几家能量产200纳米及150纳米高端镍粉的企业。
技术优势,最终要换算成客户的成本账。参数的优劣,同样要落到客户的采购单上。谢上川透露:“80至120纳米分级镍粉与市场同规格产品相比,我们可为客户降低30%以上的采购成本。”对新川电子而言,效率与成本的背后,是第一道门槛里那套自研工艺的复利。急冷速度影响良品率,自动化系统决定单位产出,装备自研又摊薄了折旧与迭代成本。换句话说,新川电子的技术优势不是实验室里的某个单点指标,而是“良率—能耗—交期”的系统账。
能力复用:同一套平台,打进AI服务器
如果突破仅停留在单一材料上,它更像是一次偶然的国产替代。新川电子技术体系更深维度的价值,在于把同一套“蒸发冷凝+分级”能力迁移到了多元材料的横向复用。
2020年,头部AI服务器厂商提出芯片供电的全新需求。新川电子于2021年启动超细软磁粉研发,2023年推出专用于AI服务器芯片电感的球形超细软磁合金粉。谢上川表示:“我们在业内率先突破了这一核心材料规模化量产工艺,它可以提升芯片供电的瞬时响应速度和大电流通过能力,并显著降低高频状态下的电能损耗。”
在电子元器件供应链中,精分级粉体必须先经由电感制造企业加工成高频功率元件,再最终进入算力硬件系统。据企查查及中国粉体网披露的企业信息,该产品已批量应用于英伟达AI服务器,公司同时与国内头部公司合作开发AI服务器用微纳米级软磁合金粉。
从超细单质镍粉跨越到多元复合软磁合金粉,平台化的延展验证了新川底层工程控制系统的通用性,不仅支撑了企业在AI硬件增量市场的快速放量,也让其在光伏新型金属粉体与新能源催化材料等前沿领域的横向布局,获得了极低的跨界边际成本。
三五年的认证和仍在身后的差距
粉体行业有一个冷酷的筛选机制,MLCC核心原材料的测试周期通常在两年以上,常规需要三至五年。新供应商很难进入供应链,可一旦通过认证,下游也不会轻易更换。
新川电子的突破口出现在日本。2023年初,公司宣布完成A+轮融资,战略投资方为日本综合商社稻畑产业株式会社。2024年,公司正式进入日本主流元器件厂商供应链体系,同年实现正向现金流。2025年初,又完成由浙创投领投的4000万元融资,公司产品已为太阳诱电、住友、顺络电子、三环集团等国内外厂商配套。
谢上川和笔者交流时,并不回避差距。他表示,在大型表征设备、界面化学与基础机理研究方面,日本同行仍然领先。新川电子的相对优势集中在工艺效率、单位成本、本土定制化能力和客户响应速度。
行业坐标同样需要冷静看待。据主流券商行业研报及上市公司公开披露数据,日本昭荣化学仍占据全球镍粉约四成份额;而在本土突围路径上,各家企业亦各有侧重,博迁新材以PVD(物理气相沉积)工艺成为三星电机的供应商;新川电子则采用蒸发冷凝法、主打成品分级粉,主要为国产MLCC高端化及前沿算力硬件原料提供自主支撑。“国产替代更像是多条技术路线的并行突围,而不是一家企业的单点故事。”谢上川表示。
随着数贸会落下帷幕,展台上的新概念很快会让位给下一轮产业热点。真正支撑起全球算力狂潮的底层力量,依然深扎在萧山区瓜沥镇坎山工业园的车间产线之上。在严苛的供应链长跑中,“造雾”与“下雪”的工序没有捷径。正如谢上川所言:“高端粉体的真正门槛不在知不知道,而在每一次都做得一模一样。”
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