5G手機端材料投資機會

5G時代帶來的新一輪科技創新周期,對全產業鏈器件原材料、基站天線、小微基站、通信網絡設備、光纖光纜、光模塊、系統集成與服務商、運營商等造成積極的影響。

5G智能手機傳輸速率、頻率、信號強度等顯著提升,從核心芯片到射頻器件、從機身材質到內部結構,零部件將迎來新的變革。

手機射頻:

近年來,手機芯片毛利率持續下滑,手機射頻(RF)前端模塊和組件市場卻發展迅猛,2016年其市場規模為101億美元,預計到2022年將達到227億美元,復合年增長率為14%。廣泛的射頻前端平臺產品包括砷化鎵(GaAs)功率放大器(PA)、包絡追蹤器、多模功率放大器及模組、射頻開關、獨立和集成式濾波器模組,以及覆蓋蜂窩及其他連接技術的天線調諧器。其中功率放大器、濾波器以及天線是射頻前端主要技術。

手機天線材料---LCP與MPI

手機天線軟板傳統軟板FPC(Flexible Printed Circuit Board),它是是以柔性覆銅板(FCCL)制成的一種具有高度可靠性,絕佳可撓性的印刷電路板。

目前應用較多的軟板基材主要是聚酰亞胺(PI),但是由于PI基材的介電常數和損耗因子較大、吸潮性較大、可靠性較差,因此PI軟板的高頻傳輸損耗嚴重、結構特性較差,已經無法適應當前的高頻高速趨勢。

LCP(液晶高分子聚合物材料,代表材料,聚對亞苯基對苯二甲酰胺)作為一種新型的熱塑性有機新材料,可以保證較高可靠性的前提下實現高頻高速,非常適用于微波,毫米波設備,具有很好的應用前景。此外,因為LCP可以實現更高的小型化,也更適應5G時代,天線高度集成化以及未來手機全面屏設計壓縮手機內部空間的趨勢。

具體來說,LCP具有良好的電學特性:在高達110GHz的全部射頻范圍幾乎能保持恒定的介電常數,一致性好;其次,正切損耗非常小,僅為0.002,即使在110 GHz時也只增加到0.0045,非常適合毫米波應用;再次,熱膨脹特性非常小,可作為理想的高頻封裝材料。

從市場規模上看,以IPhone X中 LCP 天線單機價值約為 8-10 美元計算,至2021年LCP天線市場有望增長到42億美元。

對于未來的市場,因為LCP材料目前還有制造難度大,良品率仍需提升導致制造成本高等問題,在未來全面替代現有PI還有困難。

同時,PI材料也在不斷地改進,氟化物配改善后的聚酰亞胺材料(MPI,Modified PI)在10-15GHz高頻信號上的表現已經大致與LCP天線相差不多,此外因為是非結晶性的材料,所以操作溫度寬,在低溫壓合銅箔下易操作,表面能夠與銅較易接著,且價格較親民。未來5G時代將會有MPI和LCP繼續競爭的情況出現。

手機電磁屏蔽材料與導熱材料

電子設備工作時,既不希望被外界電磁波干擾,又不希望自身輻射出電磁波干擾外界設備,以及對人體的輻射危害,這就需要通過電磁屏蔽來阻斷電磁波的傳播路徑。電磁屏蔽體對電磁的衰減主要是基于電磁波的反射和吸收原理。

5G智能手機傳輸速率、頻率、信號強度等顯著提升,對電磁屏蔽和導熱提出更高要求,未來電磁屏蔽與導熱產品有望進一步呈現多元化、工藝升級、單機用量提升等趨勢,具備更廣闊的的成長空間。根據第三方預測,全球EMI/RFI屏蔽材料市場規模將于2021年達78億美元,界面導熱材料將于2020年達11億美元規模,而屬于新興行業的石墨散熱材料,在消費電子領域的市場規模已達近百億元人民幣。隨著5G時代下游市場的快速發展,單機需求量的提升疊加終端設備數量的增加,將帶來電磁屏蔽和導熱材料和器件的巨大增量需求,因此2021年以后,電磁屏蔽與導熱材料市場有望實現更快速的增長。

具體來看電磁屏蔽材料方面:電磁屏蔽器件的技術水平主要由其材料的發展主導,材料的電導率、磁導率及材料厚度是屏蔽效能的三個基本因素。電磁屏蔽材料將向屏蔽效能更高、屏蔽頻率更寬、綜合性能更優良的方向發展,各種新材料在電磁屏蔽的創新應用將會得到更多發展。未來的技術發展,電磁屏蔽將往導電性能好、加工工藝簡單、性價比高、適合大批量生產等方面發展。而未來越來越多類型的電子設備將被納入到電磁兼容管理的標準中來,電磁兼容的標準也將愈發的嚴格,可以預見電磁器件工藝材料的持續升級趨勢將是確定性方向。

電磁屏蔽材料主要包括三大類:1)金屬類:直接選擇金屬材料,如鈹銅、不銹鋼等;2)填充類:在不導電的基材中添加一定比例的導電填料從而使得材料導電,基材可采用硅膠、塑料等材料,導電填料可以是金屬片、金屬粉末、金屬纖維或金屬化纖維等材料;3)表面敷層和導電涂料類:對基材進行電鍍,如導電布等。而從器件的角度來看,目前廣泛應用的電磁屏蔽器件主要包括導電塑料器件、導電硅膠、金屬屏蔽器件、導電布襯墊、吸波器件等。

近來出現了一種新的屏蔽技術——共形屏蔽,不同于傳統的采用金屬屏蔽罩的手機EMI屏蔽方式,共形屏蔽技術是將屏蔽層和封裝完全融合在一起,模組自身就帶有屏蔽功能,芯片貼裝在PCB上后,不再需要外加屏蔽罩,不占用額外的設備空間,主要用于PA,WiFi/BT、Memory等SiP模組封裝上,用來隔離封裝內部電路與外部系統之間的干擾。共形屏蔽技術可以解決SiP內部以及周圍環境之間的EMI干擾,對封裝尺寸和重量幾乎沒有影響,具有優良的電磁屏蔽性能,可以取代大尺寸的金屬屏蔽罩,未來有望隨著SiP技術以及設備小型化需求而普及。

導熱材料方面

目前,行業內廣泛應用的導熱器件包括導熱界面器件、石墨片等,導熱界面器件主要包括導熱膏、片狀導熱間隙填充材料、液態導熱間隙填充材料、相變化導熱界面材料和導熱凝膠等。

目前導熱石墨膜因原材料及制備方法的不同分為天然石墨膜和人工石墨膜兩種。由于人工石墨膜較天然石墨膜具有更好的導熱性能,且人工石墨膜在技術進步的推動下,成本不斷降低,性能不斷提高,很好地滿足了消費電子等產品發熱量越來越大、結構越來越緊湊而帶來的散熱需求,發展空間較大。導熱石墨膜的主要原材料為聚酰亞胺(PI膜),是一種高性能的絕緣材料,具有較高的技術壁壘,全球范圍內高性能的聚酰亞胺生產廠商較少,主要集中于美國和日韓,因此PI膜價格波動對導熱石墨膜產品毛利率具有較大影響。自2016年以來,隨著下游需求快速提升,PI膜基本處于供不應求階段,采購價格有所反彈,未來隨著供給端新增產能陸續開出,供需關系有望保持穩定。(PI建議關注溧陽華晶,江陰天華)

此外,隨著5G時代的臨近,各智能手機廠商均在近期發布的旗艦機型中加大散熱方案的創新和應用力度,為后續的規模導入做準備。其中,熱管散熱技術作為PC機領域的主流散熱方案,已逐漸被搭載于智能手機中。熱管方案又常被人們以“水冷散熱技術”所認知,在手機中搭載銅制散熱管,并在導管中加入特質的導熱液體(水或乙二醇),吸收手機核心元件發出的熱量后,導熱液體逐漸汽化并在導管內流動,當流動到低溫處時將釋放熱能凝結成液態,完成手機熱量的快速轉移,并通過與熱管連接的固定散熱材料將熱量散出。

手機外殼材料

金屬中框

5G時代,智能手機朝著大屏化、輕薄化的方向發展,普通鋁合金由于強度較低,無法達到性能要求。強度更高的7系鋁合金和不銹鋼將成為5G時代的重要解決方案。目前金屬中框主要以鋁合金為主,不銹鋼的應用較少。

賽瑞研究預測,2020年全球金屬中框市場將達到1334億元。

手機金屬中框產業鏈

資料來源:新材料在線

3D玻璃

3D玻璃作為手機外殼材料具有輕薄、透明潔凈、抗指紋、防眩光、耐候性佳等優點。目前主流品牌的高端機型大多采用3D玻璃作為后蓋材質。AMOLED屏幕配合3D玻璃蓋板的設計已經得到了市場的認可,但是過高的價格、較低的良率限制了3D玻璃市場滲透率的提升。未來AMOLED屏幕滲透率的提高會進一步推動3D玻璃的需求,預計到2020年滲透率達43%,全球市場規模達到337億。

3D玻璃基板的原材料主要有:油墨、拋光材料、鐵和材料

生產工藝主要包括:拋光掩模、超聲清洗以及熱彎等成形加工工藝,化學強化、絲印噴涂、鍍膜等后處理工藝

PC(聚碳酸酯)/PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)復合材料

5G時代,智能手機后蓋區去金屬化為大勢所趨,3D玻璃、陶瓷集中于高端機型,塑料則憑借易加工、低成本優勢加速向中低端機型滲透。近年來,符合板材手機蓋板已經成為新的研究熱點,PC/PMMA復合材料具有可塑性高、硬度高、耐刮性好、不易破碎等性能優勢,在5G時代有望成為中低端機型主流的后蓋方案。

目前全球PC和PMMA的產能主要集中在海外化工巨頭手中。

目前我國最大的PMMA生產企業是鎮江奇美化學(美國外資),產能10萬噸。南通麗陽屬于日本外資。無錫雙象二期四萬噸光學級PMMA計劃已于18年第三季度投產。

陶瓷材料

陶瓷作為手機外殼材料具有良好的質感、其耐磨性好、散熱性能好,能夠很好的滿足5G通信和無線充電技術對機身材料的要求。

目前高端納米級符合分體生產商主要集中在日本和歐美等地區,國內發展較為成熟的產業是陶瓷加工,代表企業主要有潮州三環、藍思科技、順絡電子、長盈精密等。

市場方面,2017年手機陶瓷材料的滲透率僅為0.2%不到,隨著未來手機陶瓷工藝的成熟及單價的降低。預計2020年滲透率能達到10%,全球市場規模超過220億元。

傳感器:

5G 提出要覆蓋毫米波頻段,將可用通信頻率提升至6GHz-300GHz 區間。這些技術場景對射頻器件的性能,比如功率、線性度、工作頻率、效率、可靠性等提出了極高的要求。以功率放大器(PA)為例, PA 功率附加效率(PAE)最低要求 60%,目前 skyworks 的 GaAs PA 可以做到 78%,而最好的硅基 CMOS 產品僅能做到 57%。雖然高通也推出了基于CMOS工藝的射頻前端芯片,但由于擊穿電壓低、襯底絕緣性差、高頻損耗大等先天缺陷,實際上在線性度、功率、效率、可靠性等多個方面都無法滿足要求。由于 5G 通信全頻帶通信的特性,5G 手機中射頻前端芯片數量將進一步增加,帶動以GaAs為代表的化合物半導體產業鏈發展。


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