Conductive Ink Markets 2020-2030: Forecasts, Technologies, Players
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麥姆斯諮詢 王懿
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據麥姆斯諮詢介紹，過去八年來，英國知名研究機構IDTechEx的分析師遍訪150多家行業廠商，與全球各地的眾多用戶及供應商深入交流，並與許多產業企業建立合作，幫助它們制定導電油墨市場的相關戰略。例如，僅在過去五年中，IDTechEx分析師就調研了日本、美國、中國臺灣、韓國、德國、英國等地的大約35個相關會議/展覽，以把握行業動態和最新進展，以完成和更新這份研究報告。在此之前，IDTechEx分析師已在導電漿料商業化方面發揮了積極作用，尤其對於光伏行業的應用。這份導電油墨技術及市場報告正是基於IDTechEx多年的行業研究和積累。
不僅如此，過去十年來，IDTechEx在亞洲、歐洲和美國等地還舉辦了多場領先的印刷電子產品全球會議和貿易展會。這些展會彙集了印刷電子行業的整個價值鏈，包括所有導電油墨供應商、打印機供應商以及終端用戶。這為IDTechEx提供了深入接觸行業廠商，深刻理解最新市場情報的絕佳機會。
本報告的主要內容
本報告提供了導電油墨和漿料行業最全面、最權威的市場總覽，給出了按應用和材料類型細分的詳細十年期市場預測。
本報告綜述了所有競爭性導電油墨和漿料技術，包括燒結型漿料、高分子聚合厚膜（PTFs）、激光切割或光圖案化漿料、納米顆粒、可拉伸油墨、模內電子油墨、銅、銅銀合金、納米碳等。在本報告中，IDTechEx概述了最新的性能水平/進展、技術挑戰、關鍵供應商、現有和新興目標市場，以及相關技術及市場趨勢預測。
本報告還詳細評估了30多個細分應用領域，分析了市場需求/要求，討論了業務動態、市場領導者及技術變化趨勢、競爭解決方案、最新的產品/原型發佈、主要參與者以及市場預測。
本研究覆蓋的市場包括5G、汽車（傳感器、電子產品、加熱器等）、光伏、功率電子、封裝級電磁干擾（EMI）屏蔽、模內電子、電子織物和可穿戴電子、皮膚貼片、RFID、柔性混合電子（FHE）、印刷傳感器（壓阻式、電容式、壓電式及其他）、3D天線和共形印刷、觸摸屏邊緣電極、加熱、混合或全印刷金屬網（透明電極、加熱器或天線）、印刷PCB、印刷TFT和存儲器、OLED和大尺寸LED照明、柔性電子閱讀器和反光顯示器、大尺寸加熱器（電池、工廠、座椅等）、導電筆以及數字化設備等。
在這份報告中，IDTechEx研究了130多家公司。對於其中的大部分廠商，IDTechEx基於訪談、拜訪、會議展會交流、個人交流等方式獲得的一手情報提供了深刻見解。
2020年~2030年市場概況
該章節IDTechEx總覽了部分重點細分市場。希望瞭解更多詳細信息或有關其它細分市場的信息，請參閱本報告。
• 5G：IDTechEx不斷收到關於5G領域導電油墨市場機遇的諮詢。該領域有吸引力的機遇不少。首先在於濾波器技術。目前的濾波器技術需要擴展以滿足6GHz以下5G的要求，且不足以應對毫米波（mmWave）5G。一系列的候選技術正在興起，例如PCB上的微帶線或陶瓷以及多層低溫共燒陶瓷（LTCC）濾波器。後者可在mmWave 5G提供合適的濾波器特性，同時保持較小的佔位面積，這對於mmWave 5G的實現至關重要，在此需要使用大尺寸緊密間隔的天線晶格來增加增益和波束成形。現在還處於初期，但如果在大批量生產時能夠實現緊密公差，多層LTCC似乎是一個潛在的領先候選技術。這將帶來顯著的漿料機遇。
延伸閱讀：《5G對手機射頻前端模組和連接性的影響-2019版》
另一個重要機遇在於高導熱芯片貼裝漿料，例如金屬燒結或高性能環氧樹脂。射頻氮化鎵（RF GaN）功率放大器（PA）可能會加速增長，因為當前的橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管（LDMOS）技術很難再滿足5G提出的頻率要求，甚至對於6GHz以下5G頻率也是如此。這種趨勢將持續，直到天線陣列足夠大以允許硅基技術進入。GaN通常使用金基焊料（即AuSn）貼裝，但燒結芯片貼裝或金屬（如Ag）填充環氧樹脂能夠以較低的成本獲得優異的效果。事實上，領先的製造商已經認可了這種AnSu替代技術。因此，這也是一個增長機遇。
當然，還有更多的機遇。特別是，最小化高頻傳輸損耗，既需要低損耗材料，也需要最小化距離。要實現後者，可能會將更多功能集成在一個封裝中。這將促進對共形電磁屏蔽（EMI）和封裝內分隔的需求。基於噴塗和噴墨的方案正在逐漸興起，以取代濺射工藝。
• 汽車：汽車行業已成為導電油墨供應商的重要目標市場。傳統應用包括印刷除霜器，特別是後窗應用。這是一塊成熟且重要的業務。一個關鍵的趨勢是逐步去除可見的除霜器線，實現透明而高效的大面積加熱。在這方面，印刷金屬網是一種卓有成效的候選技術，並已通過汽車行業相關認證。此外，這種透明加熱方案還有其他應用，尤其是高級駕駛輔助系統（ADAS）和自動駕駛應用的各類環境感知傳感器（如攝像頭或激光雷達）的除霜應用。
延伸閱讀：
電動汽車電池組加熱器
此外，座椅加熱也是一個值得關注的市場，有著充足的增長空間。印刷加熱可以在車輛內部進一步擴展。印刷落座感知傳感器和其他印刷傳感器，也有著相當大的潛在增長空間。
• 電動汽車和功率器件：另一方面，電動汽車的興起也帶來了增長機遇。印刷電子廠商正在開發大尺寸的電池組加熱器，以幫助調節電池溫度，應對寒冷地區的用車環境。重要的是，金屬燒結芯片貼裝漿料已經在電動汽車功率電子領域商業化。隨著功率密度的提高（部分由於向寬帶半導體的過渡推動），使工作溫度超過了很多焊料的性能，這一趨勢將繼續迅速發展。事實上，這方面的競爭非常激烈，許多金屬燒結材料供應商正在創新，以提供普適的形狀尺寸、較低的燒結時間、無壓燒結、較高的導熱係數等。這是一個很有吸引力的應用領域，本報告對此進行了詳細分析。
特斯拉Model S應用的分立IGBT和Model 3中應用的碳化硅（SiC）模組
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當然，汽車領域還有其他增長機遇。還有用於開發車內及車外部件的模內電子（IME），這將在報告其它部分單獨討論。長期以來，LTCC一直是電子控制單元（ECU）、檔位控制、ABS控制器、線控轉向等電路板的常用技術。最後，但並非最不重要的是，在電致變色玻璃，甚至電池EMI屏蔽等方面都有很好的利基機遇。
2020~2030年按應用細分的導電油墨市場預測
• 電子封裝和共形金屬化：這一趨勢有多個方面。氣溶膠噴塗印刷技術已經在手機天線直接製件生產及類似領域得到了一定的普及。這為單分散納米顆粒開闢了市場。5G的興起可能會對這類設計帶來風險。此外，一些產品也已經走向生命週期的末端。因此，主要的問題將是氣溶膠印刷技術是否能在手機天線之外找到新的應用。
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共形EMI屏蔽是未來幾年加速發展的一個大趨勢。這方面，我們注意到了從低成本但笨重的基於蓋子的板級屏蔽向輕薄共形封裝級屏蔽的轉變。不過，這種趨勢並不是全新的，早期應用的案例是2015年蘋果手錶上的應用處理器。如今，智能手機中的許多部件都有共形EMI屏蔽。一般來說，最常見的元件包括WiFi、藍牙和其他RF前端模塊。NAND存儲器上的共形塗層較少見，但現在正越來越多。
在此，濺射是根深蒂固的工藝，它主要受益於被證明的成熟工藝，以及下沉的資本投資。然而，由於需要減緩濺射速率以實現與環氧模塑化合物的良好粘合，它可能沒有最高的單位時間產出（UPH）速率。這種方案採用SUS-Cu-SUS結構，因此物料成本較低。相反，由於需要多個濺射設備，因此它的機械成本較高。
現在出現了多種基於油墨的替代方案。噴塗是一種選擇。在這裡，該工藝是非真空的。油墨的成分和顆粒的形態很重要。其厚度為3~6 um，側面和頂部具有良好的厚度均勻性。此外，還有基於噴墨的新穎方案。它使用無顆粒油墨，通過曝光激活，不會發生噴嘴堵塞。供應商建議可以在UHP達到12 k時，10 平方毫米的封裝上1~2微米的厚度就可以實現足夠的屏蔽。這兩種方案資本支出都很低，使這種技術可用於所有形式的外包半導體封測廠商（OSAT）以及較小體量的IC廠商和應用。從長遠來看，這些方案的應用會逐步走高。
通常，基於油墨的方案只能部分共形覆蓋封裝。此外，噴墨也可以用於填充為隔離封裝內部件而構建的溝槽，從而實現封裝內的分隔。這是一個關鍵的屬性，特別是對於5G非常重要的封裝天線設計。
• 光伏：這仍然是全球最大的燒結漿料市場，在市場用量方面無可替代。事實上，光伏市場自2014年以來一直在飛速發展，規模翻了一番多。預計2019年全球裝機量將超過114GW。然而，對於漿料或粉料供應商來說，這個市場並不容易。在這裡，價格壓力巨大，性能優勢短暫。只有那些擁有大型且完善生產線的廠商才能涉足。
現在，非硅晶圓光伏技術僅限於市場非常小的利基市場。儘管如此，這些應用代表著重要的市場機遇，特別是在形成電極方面。這一機遇主要擴展到在低溫下固化的薄且高導電的線路。這些要求與納米顆粒油墨尋求提供的性能匹配良好。
• 柔性混合電子（FHE）：這一新興前沿技術可使印刷電子與剛性集成電路和電子器件相結合或混合，從而結合兩方面的優點。事實上，到目前為止，印刷電子的一個限制因素是，採用印刷電子技術的邏輯和存儲器等許多組件要麼沒有，要麼與非印刷技術相比沒有性價比優勢。
當然，FHE並不容易實現。現在，業界正在開發薄型集成電路以實現柔性。新的貼裝技術（如低溫焊料或光子燒結等）正在開發，以實現從昂貴的聚酰亞胺（PI）向低成本且低溫的聚乙烯對本二甲酸脂（PET）的過渡。首先，可能會採用數字印刷，縮短週轉時間，允許定製。從長遠來看，需要高通量的卷對卷（roll-to-roll）技術。這將需要在能夠處理薄型IC的卷輥上快速拾取和放置的創新。這確實是一個重大的創新機遇。
導電油墨將在這裡發揮核心作用。需要快速燒結/固化技術來實現高通量生產。當然，低成本也是必不可少的因素。為了解決這一問題，業內已在提供新的銅配方，以尋求克服成本/性能的權衡，並實現簡單快速的燒結。也將需要窄線寬和高通量印刷，以支持具有許多緊密間隔I/O引腳的複雜集成電路。這將是一個越來越重要的領域。起先，該行業將由許多資金雄厚的研究中心領導。不過，將很快向商業化生產過渡。
• 模內電子（IME）：預計到2029年，IME在汽車、消費品、可穿戴設備和家用電器應用領域的市場規模將超過10億美元。該市場將從可靠性和產品壽命要求更寬鬆的領域推出更小、更簡單的設備開始。然後，它將進入更具挑戰性的市場。換句話說，行業可能需要循序漸進，在會跑之前先學會走路。IDTechEx預計汽車市場將從2022~2023年前後開始採用IME產品。
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IME導電油墨供應商及產品樣例
IME已經不再是一個年輕的領域。第一批產品是五年多前推出的。導電油墨的創新在這方面發揮了關鍵作用。如今，市場有很多油墨可提供。供應商正在尋求用標準導電油墨填補導電間隙，以提高單體以及作為堆棧一部分的可靠性，並擴展可拉伸性的限制。創新主要體現在配方步驟上，對粉料的要求比較寬鬆。產品開發工作一直在進行，因此早期的開拓者完全有能力在第一代產品推出時獲得豐厚的回報。一旦需求變得更加標準，更多的供應商就可以涉足這個業務。
可拉伸導電油墨供應商及產品樣例
• 皮膚貼片：這已經是一項主要業務。事實上，IDTechEx估計，皮膚貼片在2018年創造了75億美元的營收，預測到2029年，這一數字將升至200億美元以上。在一些皮膚貼片產品領域，特別是糖尿病管理和心血管監測領域，已經取代了成熟市場上的現有產品，為處於這一浪潮前沿的公司每年創造了數十億美元的新收入。
儘管許多人可能會認為皮膚貼片肯定是一種很薄且高度貼合皮膚的器件，但事實是，如今許多最成功的產品仍然相對笨重。未來的發展將利用柔性、可拉伸的共形電子元件尋求改變。這一點很重要，因為皮膚貼片需要長期佩戴以提供持續監測。因此，便利性和舒適性至關重要。此外，可拉伸的電子器件可以讓更多、更長的電極集成在一起，而不會影響用戶的舒適度，從而提高皮膚貼片可以感知的部位。
導電油墨是這一長期趨勢的使能因素。事實上，全部或部分印刷的皮膚貼片已經在心血管、糖尿病足、溫度、呼吸、血氧測定、溼度/溼度監測以及肌肉模擬和傳感領域投入商業應用。印刷元件幾乎都需要包括導電油墨。這些應用中對導電油墨的要求通常不止可拉伸性，例如包括能夠承受苛刻的水凝膠、高電導率以拾取微弱信號、與可拉伸基材的附著性等。早日進入該領域展開密切合作，將更快結出碩果。
• 電子織物：預計到2020年，在紡織品層面的所有應用領域，導電油墨市場將超過1億美元。從電子織物應用的準備情況來看，這是一個極具前景的方向。諸如精英運動生物監測（胸帶或服裝）、加熱服裝、照明服飾、高級電子織物服飾、地毯壓力傳感器等應用，已經從早期商業銷售延伸到全面的市場滲透。還有許多應用正處於開發早期階段，使市場化渠道更加深入而穩健。
儘管如此，仍然存在許多挑戰。例如，缺乏標準，甚至沒有明確的產品要求；供應鏈還不成熟，儘管協同製造可以提高效率；至關重要的是，大部分產品還都是小批量，不過，這使小公司或項目團隊得以生存。但是，仍然只有少數成功案例可以證明大批量製造。不過，這些挑戰並不是阻礙其快速發展的決定性因素。
電子織物導電性的技術選擇是多種多樣的，可拉伸導電油墨開始找到它們的施展空間。導電油墨可以在生產後期添加，因此幾乎不需要改變製造過程。與基於光纖的解決方案相比，還可以更好地控制設備的形狀和特性。此外，導電油墨也可以提供相比許多替代解決方案更多的延展性。
隨著拉伸引起的電導率變化變得更加可抑制和可預測，多年來導電油墨的性能已經有所改善。基材/密封材料性能與導電油墨之間的關係更為清晰，也已得到優化。現在有一系列的配方可以滿足不同的需求。而且，這類電子織物的耐洗性也有所提高，儘管這主要取決於密封材料。
總體而言，2015/2017年前後，導電油墨供應商數量激增。這些市場供應一直在培育市場，探索應用，苦心經營以發現有前景的商業用例。因此，相關業務可能會不斷增長。不過保持增長並不容易，由於每個部分的消耗量都不高，因而需要持續而穩健的應用渠道。
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