中昊电子:中昊热敏电阻换道超车,率先跨入纳米银新时代!

中昊电子:中昊热敏电阻换道超车,率先跨入纳米银新时代!

基础零部件和元器件是支撑信息技术产业发展的基石,也是我国夯实产业基础、突破“卡脖子”环节的核心攻坚领域。当前,AI算力、新能源及新能源汽车、智能家居、高端消费电子等产业加速迭代,整机功能与性能持续升级的背后,对底层元器件的精度、可靠性、环境适应性提出了指数级要求。那些隐匿在设备内部的敏感陶瓷元器件,看似处于产业链最底端的基础环节,却直接决定着终端设备的安全稳定性与精密感知能力,是高端制造体系中不可替代的“安全基石”。

本期《隐形冠军》节目将走进专注陶瓷基敏感元器件33年的贵州省重点专精特新中小企业——贵州凯里经济开发区中昊电子有限公司(以下简称“中昊”),解码其如何以纳米银电极热敏电阻核心技术改写业界百年传统工艺、在全球敏感陶瓷领域率先跨入纳米银新时代,为我国产业基础再造提供了一条可借鉴的“专精特新”发展途径。

中昊电子:中昊热敏电阻换道超车,率先跨入纳米银新时代!

一、纳米银电极改写百年传统工艺、换道超车

PTC全称正温度系数热敏电阻,也被业内称为“万次往复式保险丝”,是现代电子电路中不可或缺的安全屏障,堪称电路安全防护“守门人”。在温度或电流异常升高时,其自身阻值会迅速阶跃式增大,从而限制过载电流、保护后端电路;当故障排除后,又能自动恢复至低阻状态,可循环重复使用。

而决定这个守门人能否守得住、成为“守护神”的关键,在于陶瓷基体两侧的金属薄膜-电极。陶瓷基体本身是绝缘体,有了电极才成为导体。

“多孔疏松一直是传统刷银电极(微米银)之短板所在,而真空磁控溅射银电极(纳米银)则从源头上根治了此一痛点:从微米银到纳米银,其电极材料化学属性并没有变,变的是物理特性。既然纳米银电极材料之化学属性没有变,那么,其电极材料依然还是银,还仍然保持了银材料高导电率、抗高温氧化能力强等固有特性。纳米银电极材料的物理粒径从微米级变到了纳米级,足足细化了1000倍!正是此一纳米级银材料电极结构催生了一个‘又好又便宜’的纳米银神话:一方面,纳米银令致密性、均匀度及结合力等电极关键性能指标得以极大提升;另一方面,纳米银还极大节省了电极材料(贵金属银)的耗用量”。中昊董事长石开轩一语道破了其中玄机。

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自20世纪初丝网印刷工艺应用于陶瓷电极以来,这套技术体系已发展得高度成熟。主要是将银粉与有机载体混合制成浆料,通过丝网印刷在陶瓷表面,再经高温烧结渗透形成电极层。但无论工艺如何优化,微米级的银粉颗粒天然会在电极层内部留下气孔与杂质,长期在高电压、大电流、高温环境下工作,电极附着力会逐渐下降,最终导致剥落失效。“这是物理层面的缺陷,即便是全球头部企业把传统的丝网印刷工艺做到极致,也只能降低缺陷比例,无法从根源上消除其微米级孔隙”。中昊总经理张刚表示。

行业普遍的解题思路是走向两个极端:

其一,加厚银层。在银价疯涨的当下,进一步增加银层厚度,意味着成本加倍飙升、令广大厂商及用户均难以为继。

其二,银改铜。即采用贱金属铜取代贵金属银作为电极基材。此乃无奈之举:实际上是以牺牲电极至为重要的电导性能,以及抗高温氧化性能为代价,用来换取一隅苟安。

沿着旧地图,找不到新大陆。要破局,就得换一条赛道。

“中昊纳米电极核心技术最大的功臣当属我们台籍CTO邱显发先生。邱总曾在台积电、富士康工作多年,受半导体晶圆溅射电极及苹果手机溅射Logo的启发,这才有了用纳米银晶膜取代传统刷银电极此一跨界想法”。

所谓真空磁控溅射,是在真空环境里用电场把金属靶材轰击成原子级粒子,均匀沉积在基材表面。但问题在于,金属和陶瓷的热膨胀系数差异极大,溅射上去的薄膜附着力差,在热敏电阻这种高可靠性保护器件的场景,过去一直没有人能在热敏陶瓷产品上取得突破性进展。

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为闯过此道难关,中昊可谓是花了血本。其第一台实验溅射设备标价15万美金,当年是从中科院一家国家实验室借来的,如今还摆在车间角落,外壳斑驳,像个沉默的老兵。第二台中试设备,以及以此为基础搭建的凯里纳米工程中心(业内首座)已经花了3000余万元人民币。“就那么一个破玩意,当初要价15万美金”。石开轩的语气里带着几分调侃,更多的是对那段技术攻坚岁月的有功之臣的一份敬意。

无数次参数调试,无数次失效分析,中昊邱总团队终于摸透了真空度、功率、温度、沉积时间的最优组合。当最终的样品放在显微镜下时,差距立刻显现出来:传统微米电极与纳米电极,看起来银光闪闪的,都是一模一样漂亮。但用电镜放大3000到5000倍之后,微米级电极表面的坑坑洼洼和杂质就暴露无遗了。而纳米级电极表面则如同艺术品一般。

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这种“换道超车”的技术路径,打破了沿用近百年的工艺范式,为整个行业提供了全新的技术方向。中昊率先建成了业界首座纳米电极工程中心,围绕纳米电极工艺自研专用磁控溅射装备,形成了专属的装备与过程控制能力,率先提出以“密度”替代“厚度”评价电极性能的行业新思路,确立了以真空磁控溅射工艺替代传统丝网印刷、高温烧渗工艺的纳米电极技术路线。从微米级银电极升级至纳米银电极,其材料化学属性不变,物理粒径却细化了1000倍;最终制备的纳米晶薄膜电极厚度仅0.1-0.2μm,合金晶粒尺寸控制在1-5nm,相较传统浆料厚膜电极厚度缩减15-30倍,从根源消除了气孔与杂质缺陷,电极致密性、均匀度、结合力等关键指标显著提升。

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继2014年力克众多央企大牌、争得中国电子学会科技进步奖一等奖殊荣之后,中昊纳米电极核心技术又于2023年3月获得美国发明专利授权(US11605721B2),随后又于9月获得中国发明专利授权(ZL202011007722.1),一举成为全球纳米陶瓷电极领域为数不多的中美双专利持有者。作为行业标准的制定参与者,累计参与制定1项国家标准、3项行业标准,其中牵头编制的国家标准GB/T 41606-2022《钛酸钡基高抗电强度低电阻率热敏陶瓷》已正式发布实施。2025年,经权威机构评定,中昊纳米级PTC热敏电阻器整体达到国际先进水平,实现了对欧美、日韩及中国台湾地区同行的技术超越。

二、替代进口之首选,纳米银产品撬动全球供应链

颠覆性技术的商业化之路,往往伴随着质疑。当中昊将纳米级产品推向市场时,业内同行普遍持怀疑态度:“银层这么薄,如何保证产品技术性能?”在传统工艺深耕数十年的从业者,很难相信微米级的天花板能被中国贵州的一家民企打破。

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“产品本身会替我们说话。”样品被同步送到大洋彼岸的美国Littelfuse,这家1927年成立、总部位于芝加哥的百年企业,是全球电路保护领域的绝对龙头、当之无愧的行业领袖。由它出具的测试报告(以32D681/25A为例)令人惊叹不已:

1)中昊纳米电极产品组合波(12KV/6KA)冲击性能(变化率约1%)明显优于传统电极产品(变化率约9%);

2)中昊小型化纳米电极产品(Ø29.4x5.05)之最大峰值电流顺利通过了32KA冲击测试,与某国际大牌T标准型刷银电极产品(Ø34.x5.50)打了个平手。

中昊纳米级MOV产品以其卓越的组合波性能征服了业界领袖Littelfuse(美国),并为之配套建立了纳米电极工程中心(东莞),助力其纳米级LA/PW系列产品于2022年8月投放全球市场、受到热烈追捧。

中昊纳米银电极WMZ12A(Ⅲ/Ⅴ)系列插件型/SMD型PTC产品(用于抑制浪涌电流&过载保护)继其首例车规级PTC产品于2018年在业界率先通过华为IATF16949审厂认证、实现量产之后,其WMZ12A(Ⅲ/Ⅴ)系列产品刚好赶上新能源逆变器Solar Inverter、AI服务器(Server)与新能源汽车EV等三股飓风同时大爆发的风口,并于2025年被相关权威机构评定为国际先进水平,在纳米电极赛道成功实现对欧美、日韩及中国台湾地区大牌的超越,成为进口替代之首选。

在白色家电领域,海信空调将其列为唯一热敏电阻供应商,依托其稳定的浪涌电流抑制及过载保护性能保障整机安全;创维在平板电视电源模块中采用该产品,借助小型化与高可靠性实现电路高效管控。

在新能源领域,全球第四大光伏逆变器制造商固德威,以及麦格米特等企业,均将中昊列为核心保护元件的主要供应商。

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依托同一纳米银技术底层平台,中昊已从当初的PTC延伸至NTC&Sensors、MOV等,形成全系列产品矩阵。其中,纳米银插件型/SMD型WMZ12A(Ⅲ/Ⅴ)系列PTC产品(用于抑制浪涌与过载保护),已全面切入新能源、AI算力等核心赛道,并已进入英伟达、谷歌、亚马逊等国际巨头供应链。

电极是所有陶瓷基敏感元器件的共性核心环节,纳米电极技术的突破,能够带动整个陶瓷基元器件领域的性能升级。向上,拉动陶瓷基粉体、瓷片等上游环节的精度提升;中游,实现核心芯片的性能突破;下游,延伸至热敏电阻、压敏电阻等多品类终端产品,满足新能源、通信、工业、消费电子等多领域应用需求。这种全产业链协同的技术平台效应,远非单一产品突破所能比拟,也为凯里当地吸引上下游配套企业集聚、打造电子元器件产业集群奠定了基础。

三、产学研协同创新,打造纳米银敏感陶瓷芯片及元器件产业集群

中昊的前身可追溯至1993年诞生于深圳高新技术产业园的伟林高科,是国内最早涉足敏感元器件的企业之一。2001年,为承接海外大额订单,团队遍访全国选址,最终落子贵州凯里,接手原军工208厂的厂房、设备与熟练工人,传承三线建设的电子工业积淀,从代工生产起步。二十多年间,企业从两百余人的车间成长为黔东南高新区电子信息产业链龙头,凯里经济开发区甚至专门将厂区门前的道路命名为“中昊大道”,以表彰企业对地方经济的贡献。

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这一系列突破的背后,是一张持续深化的产学研协同网络。多年来,中昊持续深化产学研版图,联合华中科技大学敏感陶瓷教育部工程研究中心傅邱云教授团队,持续攻坚纳米陶瓷粉体、纳米电极等底层核心技术;联合贵阳学院、贵州省材料产业技术研究院开展本地化材料攻关;与电子科技大学共建纳米硅陶瓷元器件研发平台;同北京理工大学设立纳米电极联合实验室,形成了“高校基础研究+企业工程化落地”的完整创新链条。手握8项发明专利、12项实用新型专利的背后,是多所顶尖高校的智力支持,更是企业33年如一日在敏感陶瓷领域的深耕不辍。

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中制智库理事长兼研究院院长新望表示:“中昊这个企业完全是靠技术创新驱动的。热敏、压敏电阻器以往都是Littelfuse、TDK等国际巨头垄断的,而中昊纳米银敏感陶瓷元器件产品性能及性价比则通过电极革命,一举实现了对这些国际大牌的超越”。

在新望看来,关键材料与工艺的革新,会对整个产业链产生虹吸效应:“因为它的材料上有革新,这个关键元器件一变,整个产业链就带来一些变化,有一个虹吸效应。下游离它比较近的产业有可能向它聚拢,所以它对整个供应链的上、下游带动还是很明显的。我觉得未来在贵州凯里这个地方,有可能形成一个从上游敏感陶瓷素片到纳米电极芯片中心台,以及下游元器件成品的产业集群。”

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中国制造近40年来,我们熟悉了整机品牌的崛起,熟悉了规模效应的胜利,但在基础零部件和元器件领域,长期处在“跟跑”状态。而中昊这样的隐形冠军,偏偏沉潜于鲜少有人问津的细分赛道。

33年前,中昊从深圳一间车间起步,西迁入黔,承接三线建设遗留的军工厂房与工匠血脉,在基础元器件领域落地生根。33年后,它以纳米银电极核心技术击穿沿用近百年的传统刷银烧渗工艺范式,先后敲开了Philips、华为、英伟达、谷歌、亚马逊等巨头供应链大门,令一颗颗小小的纳米银热敏电阻化蛹成蝶,蜕变成新能源、新能源汽车、AI算力中心等领域值得托付的“守护神”。

展望未来,中昊当以贵州、湖北两大产业基地及凯里、东莞两大纳米工程中心为依托,与若干业内精英携手打通上、下游产业链,进而打造一个跨省(国)纳米银敏感陶瓷芯片及元器件产业集群、共同引领全球业界跨进纳米银新时代!