全球5G天線用LCP薄膜行業(yè)發(fā)展前景預(yù)測：遠期市場空間可達233億元[圖]

    一、LCP材料產(chǎn)能集中度及市場規(guī)模分析

    TLCP材料是1976年Eastman Kodak公司首次發(fā)現(xiàn)PET改性PHB（聚對羥基安息香酸）顯示熱致性液晶后開始研發(fā)，20世紀(jì)80年代中后期進入應(yīng)用階段。LCP材料分子主鏈上具有大量剛性苯環(huán)結(jié)構(gòu)，決定了其特殊的物化特征和加工性質(zhì)，具有低吸濕性、耐化學(xué)腐蝕性、良好的耐候性、耐熱性、阻燃性以及低介電常數(shù)和低介電損耗因數(shù)等特點，廣泛應(yīng)用于電子電器、航空航天、國防軍工、光電通訊等高新技術(shù)領(lǐng)域。

    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國LCP膜行業(yè)產(chǎn)銷情況分析及投資風(fēng)險研究報告》顯示：目前全球LCP樹脂材料產(chǎn)能約7.6萬噸/年，全部集中在日本、美國和中國，產(chǎn)能分別為3.4萬噸、2.6萬噸和1.6萬噸，占比分別為45%、34%和21%，其中美國和日本企業(yè)在20世紀(jì)80年代就開始量產(chǎn)LCP材料，我國進入LCP領(lǐng)域較晚，長期依賴美日進口，近幾年來隨著金發(fā)科技、普利特、沃特股份、聚嘉新材料等企業(yè)陸續(xù)投產(chǎn)，LCP材料產(chǎn)能快速增長。隨著5G時代到來，未來LCP材料需求將有望迎來快速增長。
LCP產(chǎn)能分布

    全球LCP樹脂產(chǎn)能分布

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    LCP材料全球市場規(guī)模及增長走勢

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    二、、5G時代對天線模組中電路板基材提出更高要求

    1、LCP軟板分類

    未來智能手機的發(fā)展將向著高頻化和小型化發(fā)展，柔性電路板（Flexible Printed Circuit Board，F(xiàn)PC軟板）目前已成為天線主流工藝，占有率超過7成，其超薄設(shè)計將天線由早期的外置天線發(fā)展為內(nèi)置天線，隨著5G時代到來，LCP天線有望得到廣泛應(yīng)用。

    3GPP定義了5G的頻率范圍，分為Sub-6G和毫米波。根據(jù)3GPP的定義，5GNR包括了兩大頻譜范圍，分別是FR1（對應(yīng)450MHz到6000MHz，通常被稱作Sub-6G）和FR2（24250MHz到52600MHz）。按頻段分類，F(xiàn)R1屬于厘米波，而FR2則屬于毫米波。（波長=光速/頻率，即頻率越高，波長越短）

    無線電通訊按波長和頻率分類

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    除美國外大部分國家和地區(qū)優(yōu)先發(fā)展Sub-6G頻段，再逐步過渡到毫米波。根據(jù)各國情況，中、歐等地主要先發(fā)展Sub-6G，再逐步過渡到毫米波；而美國則由于軍用頻譜是Sub-6G的原因，則直接選擇了毫米波路線，但值得注意的是，近日美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）決定斥資97億美元加速回購3.7GHz-4.2GHz頻譜，并將其用于5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，這一消息可能意味著美國或?qū)⒅匦乱?guī)劃5G布局，前期重心有望轉(zhuǎn)移至Sub-6G。

    由于5G高速、高頻等特點，為保證可靠性、減少信號在傳輸過程中的損耗，5G通信對天線材料的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因子等指標(biāo)有更高要求。目前4G時代手機天線所用的柔性電路板（FPC）基材主要是聚酰亞胺（PI），這是綜合考慮了PI其優(yōu)良的機械強度、彎折性能、持續(xù)穩(wěn)定性、耐熱性、絕緣特性等優(yōu)點。但是，由于PI基材吸水率太大，介電常數(shù)（Dk）和介質(zhì)損耗因子（Df）也較大，尤其對工作頻率超過10GHz的產(chǎn)品影響顯著，因此很難滿足5G時代對天線材料的要求。

    目前主流的解決方式有兩種：改性PI（MPI）或者LCP，其中MPI在Sub-6G具備一定綜合優(yōu)勢，但隨著5G商用化進程的推進，毫米波階段仍將以LCP為主。傳輸可靠性方面，LCP>MPI>PI；防潮性方面，LCP>MPI>PI；但成本方面，目前LCP薄膜受制于產(chǎn)品良率和薄膜供應(yīng)壟斷，成本最高，經(jīng)濟性最低，而PI膜作為成熟應(yīng)用產(chǎn)品成本最低，但無法用于5G時代的天線傳輸。經(jīng)過改性后的MPI在Sub-6G階段能夠和LCP分庭抗禮，但在毫米波頻段損耗較LCP差距進一步拉大，因此在毫米波階段LCP仍將是主要天線膜材。

    2、受益5G高頻與小型化趨勢，LCP材料有望快速發(fā)展

    相較于PI，LCP可大幅減少高頻傳輸損耗。根據(jù)住友電氣工業(yè)數(shù)據(jù)，LCP和PI材料相比，在5GHz頻率時傳輸損耗更小，且隨著頻率的逐漸提升，損耗減少幅度進一步擴大。

    LCP材料的極低吸水率注定其成為5G天線傳輸?shù)暮诵哪げ?。相比PI，除了LCP擁有較低的介質(zhì)損耗因子Df外，還有一個重要指標(biāo)便是其吸水率極低，即幾乎不會吸潮，因此其基材的損耗-頻率曲線在吸濕前后遷移并不明顯，相反PI基材的損耗-頻率曲線在吸濕前后遷移較為明顯，傳輸損耗較大。

    傳統(tǒng)軟板由導(dǎo)電材料、絕緣基材、覆蓋層等構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)組成，一般使用銅箔作為導(dǎo)體電路材料，聚酰亞胺（Polyimide, PI）膜、改性聚酰亞胺（Modified Polyimide, MPI）膜、LCP膜等作為電路絕緣基材，環(huán)氧樹脂粘合劑作為保護和隔離電路的覆蓋層，經(jīng)過一定的制程加工成FPC軟板。

    LCP、PI、MPI性能對比

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    隨著無線網(wǎng)絡(luò)從4G向5G過渡，通信頻率將全面進入高頻高速領(lǐng)域。根據(jù)5G的發(fā)展路線圖，未來通信頻率將分兩個階段進行提升。第一階段的目標(biāo)是在2020年前將通信頻率提升到6GHz，第二階段的目標(biāo)是在2020年后進一步提升到毫米波（30-60GHz）的應(yīng)用。

通信頻率的演變

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    高頻高速電路的需求內(nèi)涵是傳輸信號的速度和品質(zhì)，影響這兩項的主要因素是傳輸材料的電氣性能，包括介電常數(shù)與介電損耗，具體而言，信號傳輸?shù)乃俣扰c介電常數(shù)負相關(guān)，信號品質(zhì)與介電損耗負相關(guān)。傳統(tǒng)天線短板的PI基材已經(jīng)逐漸顯示出應(yīng)用的劣勢，尤其在高頻傳輸方面，其對2.4G的射頻信號產(chǎn)生3db損耗，并且頻率越高損耗越大。相比PI材料，LCP具有介電常數(shù)低（典型值為2.9）、正切損耗?。ㄆ渲禐?.0025）、熱膨脹系數(shù)低、介電常數(shù)溫度特性好、高強度、靈活性、密封性（吸水率小于0.004％）等優(yōu)點。在微波頻段，LCP具有非常穩(wěn)定的介電特性，損耗相比傳統(tǒng)基材的電磁損耗要小10倍以上，能夠有效降低信號損失。并且，基于LCP的微波器件不僅可以在平面狀態(tài)下使用，也可以在彎曲甚至折疊的環(huán)境下使用。伴隨智能手機對空間利用的極致追求，LCP軟板將憑借更優(yōu)的空間效率替代天線傳輸線。

    LCP天線是指采用LCP為基材的FPC軟板，并承載部分天線功能。LCP可以保證在較高可靠性的前提下實現(xiàn)高頻高速，具有以下電學(xué)特性：（1）在高達110GHz的全部射頻范圍幾乎能保持恒定的介電常數(shù)，一致性好；（2）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(yīng)用。而目前應(yīng)用較多的主要是PI天線，但是由于PI基材的介電常數(shù)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(yán)重、結(jié)構(gòu)特性較差，已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前的高頻高速趨勢，尤其是不能用于10Ghz以上頻率。

    3、低頻5G時代MPI與LCP天線有望共存，中高頻5G時代LCP優(yōu)勢明顯

    MPI是一種改性的聚酰亞胺材料，具有非結(jié)晶性因此在各種溫度條件下均能夠進行操作，尤其在低溫壓合銅箔時更易與銅的表面附著。其在15GHz以下的信號處理表現(xiàn)不遜色于LCP天線。在5G初期sub-6GHz時代，由于MPI也可以滿足5G信號處理需求，且價格相對LCP材料較低，因此MPI有望與LCP共同成為天線主流材料。但是在15GHz以上的信號處理方面，LCP的優(yōu)勢依然十分明顯。

    根據(jù)公開資料，2018款iPhone XS/XS Max/XR各使用3/3/2個LCP，單機價值6-10美元，2018年iPhone銷量2.25億臺，其中X系列出貨約5千萬臺，綜合考慮2019年部分LCP天線可能替換為MPI天線，以及未來5G手機中國生產(chǎn)廠商天線材料的轉(zhuǎn)變，預(yù)計2019、2020LCP/MPI天線市場為15、20億美元。

    智能手機LCP/MPI天線市場空間預(yù)測

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    從成本端來看，LCP天線價值主要在軟板環(huán)節(jié)，其成本約占到天線價值的70%，其中LCP材料占LCP軟板的成本的15%左右，占LCP天線成本的10%左右。

    因此2020年LCP天線端市場規(guī)模有望超過2億美元，2018-2020年復(fù)合增長有望達到70%。

    LCP天線成本結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    LCP軟板本結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    4、 智能手機小型化為帶來LCP材料帶來新機遇

    隨著智能手機全面屏、更多功能組件、更大電池容量等趨勢的發(fā)展，持續(xù)壓縮手機空間，內(nèi)部空間不斷減少，手機設(shè)計不斷向著一體化和高度集成化發(fā)展，手機天線已經(jīng)從早期的外置天線發(fā)展為內(nèi)置天線，但是目前天線可用設(shè)計空間越來越小，天線小型化需求日益迫切。

    LCP軟板替代天線傳輸線可減小65%厚度，進一步提高空間利用率。傳統(tǒng)設(shè)計使用天線傳輸線（同軸電纜）將信號從天線傳輸至主板，隨著多模多頻技術(shù)的發(fā)展，在狹小空間內(nèi)放置多根天線的需求愈發(fā)迫切。①LCP軟板擁有與天線傳輸線同等優(yōu)秀的傳輸損耗，可在僅0.2毫米的3層結(jié)構(gòu)中攜帶若干根傳輸線，并將多個射頻線一并引出，從而取代肥厚的天線傳輸線和同軸連接器，并減小65%的厚度，具有更高的空間效率。②LCP板具有更好的柔性性能，相比PI軟板可進一步提高空間利用率。柔性電子可利用更小的彎折半徑進一步輕薄化，因此對柔性的追求也是小型化的體現(xiàn)。③以電阻變化大于10%為判斷依據(jù)，同等實驗條件下，LCP軟板相比傳統(tǒng)的PI軟板可以耐受更多的彎折次數(shù)和更小的彎折半徑，因此LCP軟板具有更好的柔性性能和產(chǎn)品可靠性。④LCP軟板是熱塑性材料，可以自由設(shè)計形狀，從而充分利用智能手機中的狹小空間，進一步提升空間利用率。

    5、 LCP性能突出，有望應(yīng)用于5G高頻封裝材料，應(yīng)用前景廣闊

    從性能上看，MPI在Sub-6G階段綜合表現(xiàn)并不輸LCP，且供給可由原先PI廠商轉(zhuǎn)產(chǎn)。改性PI（即MPI）全稱ModifiedPI，是通過引入氟原子、硅氧烷等方法制備而成。MPI的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因子指標(biāo)要優(yōu)于PI、接近LCP，吸水率也較PI大為改善、但仍不及LCP。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在Sub-6G的頻段內(nèi)，MPI材料和LCP材料的傳輸損耗差異并不明顯，MPI在6-15GHz的頻段內(nèi)的表現(xiàn)也只是略微低于LCP，可滿足5G時代天線傳輸?shù)囊?，但?5GHz以上的更高頻段，MPI材料同LCP材料的差距逐漸明顯并拉大。需要注意的是，Taimide的MPI產(chǎn)品LKA-025在25-30GHz頻段內(nèi)的損耗曲線幾乎和LCP相同，不過LCP極低的吸水率還是注定了MPI無法在毫米波階段替代LCP作為天線用電路板基材。

    MPI和LCP傳輸損耗對比

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    LCP材料還可以用作射頻前端的塑封材料，相比如LTCC工藝，使用LCP封裝的模組具有燒結(jié)溫度低、尺寸穩(wěn)定性強、吸水率低、產(chǎn)品強度高等優(yōu)勢，目前已被行業(yè)認作5G射頻前端模組首選封裝材料之一，應(yīng)用前景廣闊。

    LTCC是一種早期的埋層技術(shù)，電容電感陶瓷類的用的都是LTCC的工藝技術(shù)，通過在封裝體的垂直多層空間內(nèi)埋置無源器件可以節(jié)省空間。但是由于LTCC的工藝溫度高達850攝氏度，無法直接封裝芯片裸片；并且LTCC不具有柔性特點，無法更好的利用狹小的可用空間。由于LCP具有較低的層壓溫度，因此可以直接將芯片裸片封裝在LCP疊層內(nèi)，并在同一熱壓工藝中進行層壓，同時保持較好的可靠性和散熱性。三種埋層封裝工藝中，LCP是最具有優(yōu)勢的。
僅考慮基站天線市場，預(yù)計到2022年高頻印刷電路板基材市場規(guī)模將達到76億美元，CAGR超過115%。

    2018-2022年便于高頻印刷電路板東奔西走市場規(guī)模及增長走勢

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    6、全球5G天線用LCP薄膜市場空間遠期可達233億元

    實際應(yīng)用中，蘋果Apple公司在2017年末新發(fā)行的iPhoneX首次將LCP材料應(yīng)用于天線，旨在提高天線高頻高速性能的同時減小空間的占用。根據(jù)電子發(fā)燒友等產(chǎn)業(yè)拆機報告，iPhoneX應(yīng)用了兩組LCP天線，分別是上天線和下天線，此外上下天線仍各應(yīng)用1組PI天線，整個手機中LCP和PI天線各有兩組。而2018年iPhoneXS/XSMax/XR則分別擁有3/3/2組LCP天線，但2019年的新機系列中，由于該系列仍不支持5G且受制于成本及供應(yīng)商等因素，減少了LCP天線數(shù)目，使用MPI天線替代。蘋果此舉讓市場認為Sub-6G頻段下，MPI由于供應(yīng)商較多、性能夠用且經(jīng)濟性更好，不失為過渡到5G毫米波頻段前的LCP替代材料。但長期看，隨著5G商業(yè)化逐步成熟后步入毫米波頻段，疊加LCP材料的產(chǎn)能和良率瓶頸打破后材料成本的進一步降低，LCP終將是5G天線材料的最終歸宿。

    單機天線用LCP薄膜使用量測算：以iPhoneX為例，其下部天線的尺寸為9cm*7cm，上部天線的尺寸為6cm*4cm，則單機使用的雙層FPC所需的初始LCP薄膜耗材總面積為174cm2。以雙層板結(jié)構(gòu)單層LCP膜厚度25μm和LCP材料密度1.61g/cm3（取寶理公司某型號產(chǎn)品）計算可得到單機使用的天線用LCP薄膜體積為0.435cm3，質(zhì)量為0.70g。天線用LCP薄膜價格：天線用LCP薄膜目前市場上主要由村田獨家供貨但以自用為主，其價格對未來放量后的情況并不具備太大參考性（樹脂廠商打破制膜壁壘進入、改進工藝提高良率等）。當(dāng)前LCP薄膜按等級價格分布在300-1600元/平米，空間測算選取的價格是300元/平米，主要是基于對未來產(chǎn)能和良率瓶頸提高后帶動滲透率和供貨商數(shù)目的提升導(dǎo)致價格逐步下跌的假設(shè)。

    天線用LCP薄膜市場空間有望達到233億： 2019年全球智能手機總出貨量為14.86億臺。以此為基數(shù)測算可得，當(dāng)LCP天線滲透率達100%時，若每部手機6根天線皆為LCP天線，遠期天線用LCP薄膜市場空間可達233億元；外，測算得薄膜級樹脂遠期空間為9.4億元。

    2019-2022年全球全球手機出貨量及CP天線滲透率測算

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    2019-2022年全球LCP薄膜需求總量測算

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    2019-2022年全球LCP薄膜市場空間測算

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    2019-2022年全球LCP薄膜級樹脂市場空間測算

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理