國內AI芯片、人工智能、超算、移動交互產品等新興產業高速發展,為派和科技發展高性能壓電材料、電子模組等新業務提供了更多商機和發展空間,也吸引更多需求企業與創始人尋求合作。
一、高性能壓電陶瓷材料
多層壓電陶瓷可以在低于920℃無壓條件下燒結,仍保持元件壓電系數d33高于740,可避免采用昂貴的銀鈀合金作為內電極,極大降低了制造成本,具有重要的產業化意義,該技術已在國內大廠批量化應用,處于國內領先水平。派和科技將采用該技術推動多層壓電陶瓷材料在下游移動端領域的大量應用,實現高性能與低成本兼具的產業優勢。派和科技與合作伙伴聯合試制出小型疊層壓電元件0.6x0.6x0.8mm,層厚20um,助推壓電器件小型化,實測該元件位移量大于0.65um@45V,對應的場強超過2kV/mm。
圖 壓電陶瓷在880-920℃下燒結SEM圖
圖 低溫共燒的多層陶瓷
二、基于壓電材料的光學模組
同其它材料比,壓電陶瓷元件具有功率密度高,毫米尺度仍保持較高輸出力,執行器造型設計靈活,自身功耗小,低壓驅動,微納米過程控制,旋轉或直線多種運動類型,驅動與自傳感可集成化設計等特點,與光學部件結合,未來可實現光學組件聚焦、變焦、防抖等功能。創始團隊成員自2000年就與海外知名企業開展光學模組研發,研制出外形尺寸最小、零部件數量最少的聚焦模組,并推出行波驅動、駐波驅動、螺紋驅動、慣性驅動、液態鏡頭等多原理機型,積累了大量實戰經驗。
團隊創始人自2000年,與國內外重要客戶開展旋轉超聲電機、一維與二維壓電精密微動臺等工程化研究。當年與外商合作,就推出最小尺度的光學聚焦模組,其響應時間小于0.5ms,抗跌落能力強。與新加坡、以色列等多國合作,推進了磁盤HDD新技術發展,實現了高性能壓電材料低溫共燒且六分區疊層工藝:單層層厚微米級,分區電容6.2nF,介電損耗<0.013,d33>2500PC/N。新技術推進合作企業實現了硬盤尋道系統體積縮減1/2,尋道精度提高至少2倍。
圖 微型光學壓電聚焦模組
圖 聚焦模組
三、基于壓電陶瓷的揚聲器技術
同傳統的動圈揚聲器比,超薄壓電揚聲器具有高功率密度、高轉換效率、低功耗、無電磁干擾、低于0.5mm超薄設計、不采用繞線結構無EMI噪音等優點。創始人團隊于2006與外資企業開展有關研究工作,率先采用疊層壓電陶瓷研制出重量僅1g的23×27型揚聲器,其體積是同類電磁喇叭1/12,重量是電磁喇叭1/5,功率小于15mW。并提出了一款新型46型規格的壓電揚聲器,采用4片外形尺寸18×18mm,介質層厚度為25um的多層壓電陶瓷,陶瓷晶粒尺寸約1.2um,上述技術遠早于國內企業開始應用。
早期研發壓電揚聲器直接對標松下、村田等競爭對手同等規格的產品,技術指標、聲學效果不亞于對手,提出高效聲學模擬、柔性阻尼配重、振動模式調控等新技術,使揚聲器主要參數優于其頻帶200Hz~20kHz,聲壓級近88dB,失真由10%降到5%。
圖 PS23×27揚聲器
圖 PS46揚聲器
四、基于壓電陶瓷的散熱模組
派和科技聯合高校和科技企業資源,重點關注壓電材料在手機等移動端電子模組領域中的應用,除了上述聲學模組、光學模組之外,創始人早期發展了壓電觸摸屏新技術,其潛在技術優勢:可變形、扭曲甚至折疊,形成柔性顯示屏,除具有主流電容觸摸屏特點外,可感知作用力大小、變化速度等多維信息。
現如今,派和科技利用疊層壓電陶瓷技術發展芯片散熱模組技術,該技術是解決手機、VR、AR等移動端,筆電,超算、5G等場景散熱的新技術。該技術的特點:1、屬有源散熱,不同于傳統被動散熱;2、設計靈活,集成度高,無磨損部件;3、采用壓電膜,器件電壓低;4、器件背壓高,內部氣流時速高;5、超薄、靜音、防塵、防水等。國外已有兩家科技企業,利用壓電材料發展硅基主動散熱模組技術,一家FRORE System推出全固態散熱芯片AirJet,得到高通、英特爾等主流廠支持,另一家xMEMS推出基于壓電材料的MEMS揚聲器以及類似技術演化成的超薄氣冷式主動散熱產品。上述兩家散熱模組的基本原理類似,均是振膜超聲波頻率振動產生氣流,從模組頂端進氣孔吸入空氣,再從模組側面出氣孔排掉熱交換后的熱氣,實現芯片散熱。
派和科技具備高性能壓電材料、壓電揚聲器、各類驅動器及電控算法等開發經驗,研發硅基、非硅基等散熱模組量產方案,提出主被動復合型壓電散熱模組,方案潛在特點:散熱效果更佳;制造成本更低;柔性制造能力更強。
圖 派和科技的單腔、整體流型仿真分析
北京派和科技股份有限公司(簡稱派和科技),獲批國家高新技術企業、中關村高新技術企業、中關村“金種子工程”企業、北京市專精特新中小企業,牽頭機械工業聯合會“機械工業壓電陶瓷應用工程研究中心”。
主營業務重點解決各領域卡脖子技術:高性能壓電陶瓷材料;壓電點膠封裝系統;微納米壓電微驅動系列產品;100Hz Mini LED巨量轉移系統;皮升級壓電打印系列產品;超聲焊接換能器;超聲薄膜噴涂系列產品;壓電模組(光學、聲學、散熱)等。部分產品已批量用于新能源、3C、顯示等領域,新技術與新產品助推在半導體、生物醫療、航天宇航等領域中的應用。