全球5G天線(xiàn)用LCP薄膜行業(yè)發(fā)展前景預(yù)測(cè)

一、LCP材料產(chǎn)能集中度及市場(chǎng)規(guī)模分析

TLCP材料是1976年EastmanKodak公司首次發(fā)現(xiàn)PET改性PHB（聚對(duì)羥基安息香酸）顯示熱致性液晶后開(kāi)始研發(fā)，20世紀(jì)80年代中后期進(jìn)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(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子電器、航空航天、國(guó)防軍工、光電通訊等高新技術(shù)領(lǐng)域。

《2020-2026年中國(guó)LCP膜行業(yè)產(chǎn)銷(xiāo)情況分析及投資風(fēng)險(xiǎn)研究報(bào)告》顯示：目前全球LCP樹(shù)脂材料產(chǎn)能約7.6萬(wàn)噸/年，全部集中在日本、美國(guó)和中國(guó)，產(chǎn)能分別為3.4萬(wàn)噸、2.6萬(wàn)噸和1.6萬(wàn)噸，占比分別為45%、34%和21%，其中美國(guó)和日本企業(yè)在20世紀(jì)80年代就開(kāi)始量產(chǎn)LCP材料，我國(guó)進(jìn)入LCP領(lǐng)域較晚，長(zhǎng)期依賴(lài)美日進(jìn)口，近幾年來(lái)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(zhǎng)。隨著5G時(shí)代到來(lái)，未來(lái)LCP材料需求將有望迎來(lái)快速增長(zhǎng)。

LCP產(chǎn)能分布

二、、5G時(shí)代對(duì)天線(xiàn)模組中電路板基材提出更高要求

1、LCP軟板分類(lèi)

未來(lái)智能手機(jī)的發(fā)展將向著高頻化和小型化發(fā)展，柔性電路板（FlexiblePrintedCircuitBoard，F(xiàn)PC軟板）目前已成為天線(xiàn)主流工藝，占有率超過(guò)7成，其超薄設(shè)計(jì)將天線(xiàn)由早期的外置天線(xiàn)發(fā)展為內(nèi)置天線(xiàn)，隨著5G時(shí)代到來(lái)，LCP天線(xiàn)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(duì)應(yīng)450MHz到6000MHz，通常被稱(chēng)作Sub-6G）和FR2（24250MHz到52600MHz）。按頻段分類(lèi)，F(xiàn)R1屬于厘米波，而FR2則屬于毫米波。（波長(zhǎng)=光速/頻率，即頻率越高，波長(zhǎng)越短）

除美國(guó)外大部分國(guó)家和地區(qū)優(yōu)先發(fā)展Sub-6G頻段，再逐步過(guò)渡到毫米波。根據(jù)各國(guó)情況，中、歐等地主要先發(fā)展Sub-6G，再逐步過(guò)渡到毫米波；而美國(guó)則由于軍用頻譜是Sub-6G的原因，則直接選擇了毫米波路線(xiàn)，但值得注意的是，近日美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）決定斥資97億美元加速回購(gòu)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(guó)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(diǎn)，為保證可靠性、減少信號(hào)在傳輸過(guò)程中的損耗，5G通信對(duì)天線(xiàn)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(shí)代手機(jī)天線(xiàn)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(jī)械強(qiáng)度、彎折性能、持續(xù)穩(wěn)定性、耐熱性、絕緣特性等優(yōu)點(diǎn)。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(duì)工作頻率超過(guò)10GHz的產(chǎn)品影響顯著，因此很難滿(mǎn)足5G時(shí)代對(duì)天線(xiàn)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(shì)，但隨著5G商用化進(jìn)程的推進(jìn)，毫米波階段仍將以L(fǎng)CP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(jì)性最低，而PI膜作為成熟應(yīng)用產(chǎn)品成本最低，但無(wú)法用于5G時(shí)代的天線(xiàn)傳輸。經(jīng)過(guò)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(jìn)一步拉大，因此在毫米波階段LCP仍將是主要天線(xiàn)膜材。

2、受益5G高頻與小型化趨勢(shì)，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(shí)傳輸損耗更小，且隨著頻率的逐漸提升，損耗減少幅度進(jìn)一步擴(kuò)大。

LCP材料的極低吸水率注定其成為5G天線(xiàn)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(gè)重要指標(biāo)便是其吸水率極低，即幾乎不會(huì)吸潮，因此其基材的損耗-頻率曲線(xiàn)在吸濕前后遷移并不明顯，相反PI基材的損耗-頻率曲線(xiàn)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（ModifiedPolyimide,MPI）膜、LCP膜等作為電路絕緣基材，環(huán)氧樹(shù)脂粘合劑作為保護(hù)和隔離電路的覆蓋層，經(jīng)過(guò)一定的制程加工成FPC軟板。

隨著無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)從4G向5G過(guò)渡，通信頻率將全面進(jìn)入高頻高速領(lǐng)域。根據(jù)5G的發(fā)展路線(xiàn)圖，未來(lái)通信頻率將分兩個(gè)階段進(jìn)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(jìn)一步提升到毫米波（30-60GHz）的應(yīng)用。

高頻高速電路的需求內(nèi)涵是傳輸信號(hào)的速度和品質(zhì)，影響這兩項(xiàng)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(hào)傳輸?shù)乃俣扰c介電常數(shù)負(fù)相關(guān)，信號(hào)品質(zhì)與介電損耗負(fù)相關(guān)。傳統(tǒng)天線(xiàn)短板的PI基材已經(jīng)逐漸顯示出應(yīng)用的劣勢(shì)，尤其在高頻傳輸方面，其對(duì)2.4G的射頻信號(hào)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）、正切損耗小（其值為0.0025）、熱膨脹系數(shù)低、介電常數(shù)溫度特性好、高強(qiáng)度、靈活性、密封性（吸水率小于0.004％）等優(yōu)點(diǎn)。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(hào)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(jī)對(duì)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(xiàn)傳輸線(xiàn)。

LCP天線(xiàn)是指采用LCP為基材的FPC軟板，并承載部分天線(xiàn)功能。LCP可以保證在較高可靠性的前提下實(shí)現(xiàn)高頻高速，具有以下電學(xué)特性：（1）在高達(dá)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110GHz時(shí)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(xiàn)，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(wú)法適應(yīng)當(dāng)前的高頻高速趨勢(shì)，尤其是不能用于10Ghz以上頻率。

3、低頻5G時(shí)代MPI與LCP天線(xiàn)有望共存，中高頻5G時(shí)代LCP優(yōu)勢(shì)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(jìn)行操作，尤其在低溫壓合銅箔時(shí)更易與銅的表面附著。其在15GHz以下的信號(hào)處理表現(xiàn)不遜色于LCP天線(xiàn)。在5G初期sub-6GHz時(shí)代，由于MPI也可以滿(mǎn)足5G信號(hào)處理需求，且價(jià)格相對(duì)LCP材料較低，因此MPI有望與LCP共同成為天線(xiàn)主流材料。但是在15GHz以上的信號(hào)處理方面，LCP的優(yōu)勢(shì)依然十分明顯。

根據(jù)公開(kāi)資料，2018款iPhoneXS/XSMax/XR各使用3/3/2個(gè)LCP，單機(jī)價(jià)值6-10美元，2018年iPhone銷(xiāo)量2.25億臺(tái)，其中X系列出貨約5千萬(wàn)臺(tái)，綜合考慮2019年部分LCP天線(xiàn)可能替換為MPI天線(xiàn)，以及未來(lái)5G手機(jī)中國(guó)生產(chǎn)廠(chǎng)商天線(xiàn)材料的轉(zhuǎn)變，預(yù)計(jì)2019、2020LCP/MPI天線(xiàn)市場(chǎng)為15、20億美元。

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

因此2020年LCP天線(xiàn)端市場(chǎng)規(guī)模有望超過(guò)2億美元，2018-2020年復(fù)合增長(zhǎng)有望達(dá)到70%。

4、智能手機(jī)小型化為帶來(lái)LCP材料帶來(lái)新機(jī)遇

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

LCP軟板替代天線(xiàn)傳輸線(xiàn)可減小65%厚度，進(jìn)一步提高空間利用率。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)使用天線(xiàn)傳輸線(xiàn)（同軸電纜）將信號(hào)從天線(xiàn)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(xiàn)的需求愈發(fā)迫切。①LCP軟板擁有與天線(xiàn)傳輸線(xiàn)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(xiàn)，并將多個(gè)射頻線(xiàn)一并引出，從而取代肥厚的天線(xiàn)傳輸線(xiàn)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(jìn)一步提高空間利用率。柔性電子可利用更小的彎折半徑進(jìn)一步輕薄化，因此對(duì)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(shí)驗(yàn)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(jì)形狀，從而充分利用智能手機(jī)中的狹小空間，進(jìn)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(chǎng)商轉(zhuǎn)產(chǎn)。改性PI（即MPI）全稱(chēng)ModifiedPI，是通過(guò)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(mǎn)足5G時(shí)代天線(xiàn)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(xiàn)幾乎和LCP相同，不過(guò)LCP極低的吸水率還是注定了MPI無(wú)法在毫米波階段替代LCP作為天線(xiàn)用電路板基材。

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(qiáng)、吸水率低、產(chǎn)品強(qiáng)度高等優(yōu)勢(shì)，目前已被行業(yè)認(rèn)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(lèi)的用的都是LTCC的工藝技術(shù)，通過(guò)在封裝體的垂直多層空間內(nèi)埋置無(wú)源器件可以節(jié)省空間。但是由于LTCC的工藝溫度高達(dá)850攝氏度，無(wú)法直接封裝芯片裸片；并且LTCC不具有柔性特點(diǎn)，無(wú)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(jìn)行層壓，同時(shí)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(shì)的。

僅考慮基站天線(xiàn)市場(chǎng)，預(yù)計(jì)到2022年高頻印刷電路板基材市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到76億美元，CAGR超過(guò)115%。

6、全球5G天線(xiàn)用LCP薄膜市場(chǎng)空間遠(yuǎn)期可達(dá)233億元

實(shí)際應(yīng)用中，蘋(píng)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(xiàn)，旨在提高天線(xiàn)高頻高速性能的同時(shí)減小空間的占用。根據(jù)電子發(fā)燒友等產(chǎn)業(yè)拆機(jī)報(bào)告，iPhoneX應(yīng)用了兩組LCP天線(xiàn)，分別是上天線(xiàn)和下天線(xiàn)，此外上下天線(xiàn)仍各應(yīng)用1組PI天線(xiàn)，整個(gè)手機(jī)中LCP和PI天線(xiàn)各有兩組。而2018年iPhoneXS/XSMax/XR則分別擁有3/3/2組LCP天線(xiàn)，但2019年的新機(jī)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(xiàn)數(shù)目，使用MPI天線(xiàn)替代。蘋(píng)果此舉讓市場(chǎng)認(rèn)為Sub-6G頻段下，MPI由于供應(yīng)商較多、性能夠用且經(jīng)濟(jì)性更好，不失為過(guò)渡到5G毫米波頻段前的LCP替代材料。但長(zhǎng)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(jìn)一步降低，LCP終將是5G天線(xiàn)材料的最終歸宿。

單機(jī)天線(xiàn)用LCP薄膜使用量測(cè)算：以iPhoneX為例，其下部天線(xiàn)的尺寸為9cm*7cm，上部天線(xiàn)的尺寸為6cm*4cm，則單機(jī)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(hào)產(chǎn)品）計(jì)算可得到單機(jī)使用的天線(xiàn)用LCP薄膜體積為0.435cm3，質(zhì)量為0.70g。天線(xiàn)用LCP薄膜價(jià)格：天線(xiàn)用LCP薄膜目前市場(chǎng)上主要由村田獨(dú)家供貨但以自用為主，