lcp薄膜生产线市场(液晶高分子LCP行业深度研究报告)
lcp薄膜生产线市场(液晶高分子LCP行业深度研究报告)在 LCP 技术发展初期,日本便把 LCP 材料列为其工业技术中的重点攻克对象。目前, 日本已发展出包括村田制作所、宝理塑料、住友化学等多家可量产 LCP 材料的企业。其中, 村田紧跟着美国步伐,在 LCP 材料领域进行了深度积累,具备从 LCP 材料制造到产品生产 的完整产业实力,成为苹果的独家供应商。美国塞拉尼斯公司(现泰科纳公司)和杜邦公司是全球最早研发 LCP 材料并投入生产 的企业,在 LCP 原材料生产和产品制造技术方面积聚了非常雄厚的实力。塞拉尼斯于 1985 年便开始生产以 HBA/HNA 为主链的 LCP 树脂,经过多年的发展,其 LCP 系列产品已涵盖 I 型、Ⅱ型和Ⅲ型,目前泰科纳公司将 LCP 业务发展成为全球重要的 LCP 树脂生产大厂, 并于 2010 年收购了杜邦 LCP 生产线 Zenite 系列,成为 LCP 树脂龙头企业,产能可达 22000 吨/年。1
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1 LCP 材料性能优异,国产化替代趋势突出1.1 LCP 是一类芳香族液晶高分子聚酯材料
液晶高分子(Liquid Crystal Polymer LCP)是一种各向异性的、由刚性分子链构成的 芳香族聚酯类高分子材料,其在一定条件下能以液晶相存在——既有液体的流动性又呈现晶 体的各向异性,冷却固化后的形态又可以稳定保持,因此 LCP 材料具有优异的机械性能。 按照形成液晶相的条件不同,LCP 分为溶致性液晶(LLCP)和热致性液晶(TLCP): LLCP 可在溶液中形成液晶相,只能用作纤维和涂料;TLCP 在熔点以上形成液晶相,具备优异的 成型加工性能,不但可以用于高强度纤维,而且可以通过注射、挤出等热加工方式形成各种 制品,应用远超 LLCP。
TLCP 材料是 1976 年 Eastman Kodak 公司首次发现 PET 改性 PHB(聚对羟基安息香 酸)显示热致性液晶后开始研发,20 世纪 80 年代中后期进入应用阶段。LCP 材料分子主链 上具有大量刚性苯环结构,决定了其特殊的物化特征和加工性质,具有低吸湿性、耐化学腐 蚀性、良好的耐候性、耐热性、阻燃性以及低介电常数和低介电损耗因数等特点,广泛应用 于电子电器、航空航天、国防军工、光电通讯等高新技术领域。
1.2 LCP 材料集中在日美企业,中国近年来产能快速增长
目前全球 LCP 树脂材料产能约 7.6 万吨/年,全部集中在日本、美国和中国,产能分别 为 3.4 万吨、2.6 万吨和 1.6 万吨,占比分别为 45%、34%和 21%,其中美国和日本企业在 20 世纪 80 年代就开始量产 LCP 材料,我国进入 LCP 领域较晚,长期依赖美日进口,近几 年来随着金发科技、普利特、沃特股份、聚嘉新材料等企业陆续投产,LCP 材料产能快速增 长。随着 5G 时代到来,未来 LCP 材料需求将有望迎来快速增长。
1.2.1 美国最早进入 LCP 产业,日本紧跟美国步伐
美国塞拉尼斯公司(现泰科纳公司)和杜邦公司是全球最早研发 LCP 材料并投入生产 的企业,在 LCP 原材料生产和产品制造技术方面积聚了非常雄厚的实力。塞拉尼斯于 1985 年便开始生产以 HBA/HNA 为主链的 LCP 树脂,经过多年的发展,其 LCP 系列产品已涵盖 I 型、Ⅱ型和Ⅲ型,目前泰科纳公司将 LCP 业务发展成为全球重要的 LCP 树脂生产大厂, 并于 2010 年收购了杜邦 LCP 生产线 Zenite 系列,成为 LCP 树脂龙头企业,产能可达 22000 吨/年。
在 LCP 技术发展初期,日本便把 LCP 材料列为其工业技术中的重点攻克对象。目前, 日本已发展出包括村田制作所、宝理塑料、住友化学等多家可量产 LCP 材料的企业。其中, 村田紧跟着美国步伐,在 LCP 材料领域进行了深度积累,具备从 LCP 材料制造到产品生产 的完整产业实力,成为苹果的独家供应商。
1.2.2 中国 LCP 落后明显,行业奋起直追
中国 LCP 产品长期依赖进口,沃特股份于 2014 年收购三星精密的全部 LCP 业务,是 目前全球唯一可以连续法生产 3 个型号 LCP 树脂及复材的企业,目前具备产能 3000 吨/年, 材料产品在 5G 高速连接器、振子等方面得到成功推广和应用,并且针对传统材料无法适应 新通讯条件下的环保、低吸水要求,公司 LCP 材料成功取代传统材料产品。
金发科技全资子公司珠海万通特种工程塑料有限公司的年产 1000 吨 LCP 聚合装置于 2014 年初投产。此外,自 2016 年 1 月开始建设的年产 3000 吨 LCP 聚合装置扩产项目进 展顺利,目前已投产并实现销售。
聚嘉新材料的LCP产品由公司研发团队自主研发,是国内具有完全自主知识产权的LCP 树脂生产企业。目前 LCP 纯树脂、LCP 改性树脂产能分别达到 2510 吨/年、3700 吨/年。聚 嘉新材料研发的 LCP 系列产品包括单体、LCP 纯树脂、LCP 改性树脂、LCP 薄膜专用树脂 及 LCP 薄膜、LCP 纤维专用树脂及 LCP 纤维等。
江门市德众泰工程塑胶科技有限公司成立于 2010 年,是一家专业从事特种工程塑胶研 发、生产、销售及相关服务的国家高新技术企业。德众泰掌握着聚合生产链关键的核心技术,具有完整的,从单体聚合、成盐、缩聚到树脂改性复合生产一体化,于 2011 年自主研发出 液晶聚合物 LCP 并实现量产,现拥有 1000 吨/年的 LCP 生产能力。
1.3 LCP 材料下游应用广泛
LCP 的下游运用非常广泛:
电子电器方面:电子电气:高密度连接器、线圈架、线轴、基片载体、电容器外壳、插 座、表面贴装的电子元件、电子封装材料、印刷电路板、制动器材、照明器材 、接插件、 SIMM 插口、QFP 插口、发光二极管外壳、 晶体管类封装件、注射成型线路部件(MID)、 LED(MID)、PLCC(MID)、光感应器(MID)、水晶振荡器座 (MID)、集成块支承座。
汽车工业:汽车燃烧系统元件、燃烧泵、隔热部件、精密元件、电子元件。
航空航天:雷达天线屏蔽罩、耐高温耐辐射壳体、电子元件。
还包括诸如医疗器械、试听设备等很多领域。
2 受益 5G 高频与小型化趋势,LCP 材料有望快速发展2.1 柔性电路板是终端天线主流工艺,LCP 天线在 5G 应用与小型 化方面优势突出
未来智能手机的发展将向着高频化和小型化发展,柔性电路板(Flexible Printed Circuit Board,FPC 软板)目前已成为天线主流工艺,占有率超过 7 成,其超薄设计将天线由早期 的外置天线发展为内置天线,随着 5G 时代到来,LCP 天线有望得到广泛应用。
2.1.1 5G 信号具有高频特性,LCP 相较 PI 介电损耗更低
FPC 软板是以柔性覆铜板(Flexible Copper Clad Laminate FCCL)制成的一种具有高 度可靠性,绝佳可挠性的印刷电路板,具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。 其应用几乎涉及所有电子产品,对于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等数码消费产品,FPC 软板被用于制造射频天线和高速传输线。随着电子产品的更新换代,对软板的需求越来越大。 2009-2017 年,全球 FPC 产值规模从 68 亿美元增长到 114 亿美元,随着下游应用种类的不 断扩展及需求量的日益增长,预计 FPC 市场规模增长率将持续以 5%的增长率持续增长。
传统软板由导电材料、绝缘基材、覆盖层等构成的多层结构组成,一般使用铜箔作为导 体电路材料,聚酰亚胺(Polyimide PI)膜、改性聚酰亚胺(Modified Polyimide MPI)膜、 LCP 膜等作为电路绝缘基材,环氧树脂粘合剂作为保护和隔离电路的覆盖层,经过一定的制 程加工成 FPC 软板。
随着无线网络从 4G 向 5G 过渡,通信频率将全面进入高频高速领域。根据 5G 的发展 路线图,未来通信频率将分两个阶段进行提升。第一阶段的目标是在 2020 年前将通信频率 提升到 6GHz,第二阶段的目标是在 2020 年后进一步提升到毫米波(30-60GHz)的应用。
高频高速电路的需求内涵是传输信号的速度和品质,影响这两项的主要因素是传输材料 的电气性能,包括介电常数与介电损耗,具体而言,信号传输的速度与介电常数负相关,信 号品质与介电损耗负相关。传统天线短板的 PI 基材已经逐渐显示出应用的劣势,尤其在高 频传输方面,其对 2.4G 的射频信号产生 3db 损耗,并且频率越高损耗越大。相比 PI 材料, LCP 具有介电常数低(典型值为 2.9)、正切损耗小(其值为 0.0025)、热膨胀系数低、介电 常数温度特性好、高强度、灵活性、密封性(吸水率小于 0.004%)等优点。在微波频段, LCP 具有非常稳定的介电特性,损耗相比传统基材的电磁损耗要小 10 倍以上,能够有效降 低信号损失。并且,基于 LCP 的微波器件不仅可以在平面状态下使用,也可以在弯曲甚至 折叠的环境下使用。伴随智能手机对空间利用的极致追求,LCP 软板将凭借更优的空间效率 替代天线传输线。
LCP 天线是指采用 LCP 为基材的 FPC 软板,并承载部分天线功能。LCP 可以保证在较 高可靠性的前提下实现高频高速,具有以下电学特性:(1)在高达 110GHz 的全部射频范围 几乎能保持恒定的介电常数,一致性好;(2)正切损耗非常小,仅为 0.002,即使在 110 GHz 时也只增加到 0.0045,非常适合毫米波应用。而目前应用较多的主要是 PI 天线,但是由于 PI 基材的介电常数和损耗因子较大、吸潮性较大、可靠性较差,因此 PI 软板的高频传输损 耗严重、结构特性较差,已经无法适应当前的高频高速趋势,尤其是不能用于 10Ghz 以上 频率。
2.1.2 低频 5G 时代 MPI 与 LCP 天线有望共存,中高频 5G 时代 LCP 优势明 显
MPI是一种改性的聚酰亚胺材料,具有非结晶性因此在各种温度条件下均能够进行操作, 尤其在低温压合铜箔时更易与铜的表面附着。其在 15GHz 以下的信号处理表现不逊色于 LCP 天线。在 5G 初期 sub-6GHz 时代,由于 MPI 也可以满足 5G 信号处理需求,且价格相 对 LCP 材料较低,因此 MPI 有望与 LCP 共同成为天线主流材料。但是在 15GHz 以上的信 号处理方面,LCP 的优势依然十分明显。
根据公开资料,2018 款 iPhone XS/XS Max/XR 各使用 3/3/2 个 LCP,单机价值 6-10 美元,2018 年 iPhone 销量 2.25 亿台,期中 X 系列出货约 5 千万台,综合考虑 2019 年部 分 LCP 天线可能替换为 MPI 天线,以及未来 5G 手机中国生产厂商天线材料的转变,我们 预计 2019、2020LCP/MPI 天线市场为 15、20 亿美元。
从成本端来看,LCP 天线价值主要在软板环节,其成本约占到天线价值的 70%,其中 LCP 材料占 LCP 软板的成本的 15%左右,占 LCP 天线成本的 10%左右。因此 2020 年 LCP 天线端市场规模有望超过 2 亿美元,2018-2020 年复合增长有望达到 70%。
2.1.3 智能手机小型化为带来 LCP 材料带来新机遇
随着智能手机全面屏、更多功能组件、更大电池容量等趋势的发展,持续压缩手机空间, 内部空间不断减少,手机设计不断向着一体化和高度集成化发展,手机天线已经从早期的外 置天线发展为内置天线,但是目前天线可用设计空间越来越小,天线小型化需求日益迫切。
LCP 软板替代天线传输线可减小 65%厚度,进一步提高空间利用率。传统设计使用天 线传输线(同轴电缆)将信号从天线传输至主板,随着多模多频技术的发展,在狭小空间内 放置多根天线的需求愈发迫切。①LCP 软板拥有与天线传输线同等优秀的传输损耗,可在仅 0.2 毫米的 3 层结构中携带若干根传输线,并将多个射频线一并引出,从而取代肥厚的天线 传输线和同轴连接器,并减小 65%的厚度,具有更高的空间效率。②LCP 板具有更好地柔 性性能,相比 PI 软板可进一步提高空间利用率。柔性电子可利用更小的弯折半径进一步轻 薄化,因此对柔性的追求也是小型化的体现。③以电阻变化大于 10%为判断依据,同等实验 条件下, LCP 软板相比传统的 PI 软板可以耐受更多的弯折次数和更小的弯折半径,因此 LCP 软板具有更好的柔性性能和产品可靠性。④LCP 软板是热塑性材料,可以自由设计形状,从 而充分利用智能手机中的狭小空间,进一步提升空间利用率。
2.2 LCP 性能突出,有望应用于 5G 高频封装材料
LCP 材料还可以用作射频前端的塑封材料,相比如 LTCC 工艺,使用 LCP 封装的模组 具有烧结温度低、尺寸稳定性强、吸水率低、产品强度高等优势,目前已被行业认作 5G 射 频前端模组首选封装材料之一,应用前景广阔。
LTCC 是一种早期的埋层技术,电容电感陶瓷类的用的都是 LTCC 的工艺技术,通过在 封装体的垂直多层空间内埋置无源器件可以节省空间。但是由于 LTCC 的工艺温度高达 850 摄氏度,无法直接封装芯片裸片;并且 LTCC 不具有柔性特点,无法更好的利用狭小的可用 空间。由于 LCP 具有较低的层压温度,因此可以直接将芯片裸片封装在 LCP 叠层内,并在 同一热压工艺中进行层压,同时保持较好的可靠性和散热性。三种埋层封装工艺中,LCP 是 最具有优势的。
仅考虑基站天线市场,预计到 2022 年高频印刷电路板基材市场规模将达到 76 亿美元, CAGR 超过 115%。
3.1 金发科技(600143.SH)
公司是亚太最大的改性塑料生产企业,全球化工新材料龙头企业。目前,公司是全球化 工新材料行业产品种类最为齐全的企业之一,同时是亚太地区规模最大、产品种类最为齐全 的改性塑料生产企业。在完全生物降解塑料、特种工程塑料和碳纤维及复合材料板块,公司 产品技术及产品质量已达到国际先进水平。公司全资子公司珠海万通特种工程塑料有限公司 的年产 1000 吨 LCP 聚合装置于 2014 年初投产。此外,自 2016 年 1 月开始建设的年产 3000 吨 LCP 聚合装置扩产项目进展顺利,目前已投产并实现销售。
3.2 普利特(002324.SZ)
公司主要从事高分子新材料产品及其复合材料的研发、生产、销售和服务,主要产品包 括改性聚烯烃材料(改性 PP)、改性 ABS 材料、改性聚碳酸脂合金材料(改性 PC 合金)、改性 尼龙材料(改性 PA)、液晶高分子材料(TLCP)、特种材料等新材料产品。公司通过持续自主开 发,目前液晶高分子材料(TLCP)产能 2500 吨/年,已经开始批量供应客户。公司对 TLCP 技术拥有完全自主知识产权,并已建立 TLCP 材料从树脂聚合到复合改性的完整技术与生产 体系,目前已成功开发出超高流动、超低翘曲、高强度、抗静电等一系列高性能 TLCP 材料, 并实现较好的市场销售。
3.3 沃特股份(002886.SZ)
公司主要从事改性工程塑料合金、改性通用塑料以及高性能功能高分子材料的研发、生 产、销售和技术服务,公司 2014 年收购三星精密 LCP 全部业务,是全球唯一一家拥有连 续法生产 I 型、II 型、III 型全系列 LCP 树脂及其复合材料制备技术的企业,产品技术已达国 际领先水平。2016 年,公司已建成 3000 吨 LCP 生产线,可为客户提供多样化 LCP 材料, 产品目前已在精密电子连接器、接插件等领域实现应用。除注塑级 LCP 树脂及其复合材料 相关专利以外,公司同时拥有低介电常数 LCP、薄膜级 LCP 和纤维 LCP 相关技术储备,而 且低介电常数 LCP 和薄膜级 LCP 材料已经可以实现规模化生产。随着 5G 相关设备商业化 以及公司膜产品验证进程的加快,公司 LCP 膜材料应用有望突破、实现进口替代。
(报告来源:西南证券)
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