5G领域新材料

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5G领域新材料

2023-09-20 07:02| 来源: 网络整理| 查看: 265

其中LLCP可溶解于溶液中并在一定浓度下按一定规律有序排列,呈现出部分晶体性质,根据此特性LLCP一般用作纤维和涂料;而TLCP则是在热熔融时进入液晶态,具备优异的加工性能,除用作高性能纤维外,还可通过注塑、挤出等加工方式形成各种制品,比起LLCP应用范围更加广阔,虽然TLCP的工业化时间晚于LLCP,但由于其优异的成型加工性能,发展势头十分迅猛,新品种不断出现,短短几十年间在电子信息、航空航天、汽车、机械、化工和医疗等领域获得重要应用,远远超过了LLCP,被誉为“超级工程材料”。 基于此,本文主要讨论的是TLCP。

(4)按耐热性不同,LCP分为I、II和III型,分别对应耐热性高、中、低三档,其中II型是天线材料首选的薄膜基体树脂。

1)I型LCP主要是由对羟基苯甲酸(PHB)、苯二酚/对苯二酚,对苯二甲酸/间苯二甲酸等单体聚合而成,由于其具有较多的刚性结构苯环,因此耐热性较好,被广泛应用于连接器等电子电气领域,代表性商品主要是住友化学的SumikaSuper和索尔维的Xydar。

2)II型LCP主要是由对羟基苯甲酸和6-羟基-2-萘甲酸作为单体聚合而成,其低于I型的耐热性带来更好的加工性能,是制备LCP薄膜(用于天线)的最佳基体树脂,该技术主要由宝理塑料和塞拉尼斯(泰科纳)掌握。

3)III型LCP因为分子结构中含有PET,其柔性酯基的加入进一步降低了材料的耐热性能,代表性商品主要是日本尤尼奇卡的Rodrun和日本东丽的Novaccurate。

二、LCP膜产业链

LCP从树脂材料到最后的手机天线模组应用需经过如下步骤:LCP树脂—薄膜—挠性覆铜板FCCL—柔性电路板FPC—天线模组。LCP树脂经过加工后得到LCP薄膜,LCP薄膜经过FCCL制造商覆铜后得到FCCL,软板企业再将FCCL加工成FPC,最后通过模组企业进行整合后出售给终端手机制造商。

因对原材料树脂性能的高要求,以及薄膜本身较高的工艺壁垒,LCP天线产业链各环节供应商中薄膜生产企业较为稀缺。从技术层面看,目前主要制约LCP产能和成本的瓶颈在于薄膜的生产环节。原因主要有:1)LCP薄膜的加工技术壁垒较高;2)薄膜制备对制膜树脂也有较高要求,目前市面上能够量产用于天线模组的LCP薄膜的树脂供货商并不多,高端膜级树脂主要集中在日本宝理、塞拉尼斯和住友等美日企业。

三、LCP应用

LCP材料早期应用较为单一,基本都是工业应用,后来随着科技发展逐渐扩宽,应用领域涵盖如单子电器(高密度连接器、线圈架、线轴、基片载体、电容器外壳);汽车工业(汽车燃烧系统元件、燃烧泵、隔热部件、精密元件、电子元件等);航空航天(雷达天线屏蔽罩、耐高温耐辐射壳体等)等多个领域,其中电子电器仍然是LCP材料的最主要应用领域,其应用占有量高达73%,传统的工业及消费领域占比以逐渐缩减至7%左右,汽车及医疗领域占比分别为4%和3%。

从应用结构上看,LCP应用广泛,但大部分集中于电子电气领域,其在该领域的应用主要是用作计算机及通讯设备上的连接器,这是因为LCP能够满足连接器在高温焊接、耐油耐热、耐辐射等极端环境下的稳定性及其他优异性能。

四、LCP发展趋势

(一)应用趋势:新兴领域应用增加,主要集中在5G领域

根据3GPP的定义,5G包括了两大频谱范围,分别是FR1(对应450MHz到6000MHz,通常被称作Sub-6G)和FR2(24250MHz到52600MHz)。按频段分类,FR1属于厘米波,而FR2则属于毫米波。(波长=光速/频率,即频率越高,波长越短)。

根据各国情况,中、欧等地主要先发展Sub-6G,再逐步过渡到毫米波;而美国则由于军用频谱是Sub-6G的原因,则直接选择了毫米波路线,但值得注意的是,美国联邦通信委员会(FCC)曾公布决定斥资97亿美元加速回购3.7GHz-4.2GHz频谱,并将其用于5G网络建设,这一消息可能意味着美国或将重新规划5G布局,前期重心有望转移至Sub-6G。

由于5G高速、高频等特点,为保证可靠性、减少信号在传输过程中的损耗,5G通信对天线材料的介电常数、介质损耗因子等指标有更高要求。目前4G时代手机天线所用的柔性电路板(FPC)基材主要是聚酰亚胺(PI),这是综合考虑了PI其优良的机械强度、弯折性能、持续稳定性、耐热性、绝缘特性等优点。但是,由于PI基材吸水率太大,介电常数(Dk)和介质损耗因子(Df)也较大,尤其对工作频率超过10GHz的产品影响显著,因此很难满足5G时代对天线材料的要求。

目前主流的解决方式有两种:改性PI(MPI)或者LCP,其中MPI在Sub-6G具备一定综合优势,但随着5G商用化进程的推进,毫米波阶段仍将以LCP为主。传输可靠性方面,LCP>MPI>PI;防潮性方面,LCP>MPI>PI;但成本方面,目前LCP薄膜受制于产品良率和薄膜供应垄断,成本最高,经济性最低,而PI膜作为成熟应用产品成本最低,但无法用于5G时代的天线传输。经过改性后的MPI在Sub-6G阶段能够和LCP分庭抗礼,但在毫米波频段损耗较LCP差距进一步拉大,因此在毫米波阶段LCP仍将是主要天线膜材。

在5G手机FPC天线材料供应链中,终端设备天线中高频MPI材料是Pre-5G的过渡技术,无法完全替代LCP,LCP软板将是5G毫米波高频材料的未来趋势。

实际应用中,苹果Apple公司在2017年末新发行的iPhoneX首次将LCP材料应用于天线,旨在提高天线高频高速性能的同时减小空间的占用。根据电子发烧友等产业拆机报告,iPhoneX应用了两组LCP天线,分别是上天线和下天线,此外上下天线仍各应用1组PI天线,整个手机中LCP和PI天线各有两组。而2018年iPhoneXS/XSMax/XR则分别拥有3/3/2组LCP天线,但2019年的新机系列中,由于该系列仍不支持5G且受制于成本及供应商等因素,减少了LCP天线数目,使用MPI天线替代。苹果此举让市场认为Sub-6G频段下,MPI由于供应商较多、性能够用且经济性更好,不失为过渡到5G毫米波频段前的LCP替代材料。但长期看,随着5G商业化逐步成熟后步入毫米波频段,叠加LCP材料的产能和良率瓶颈打破后材料成本的进一步降低,LCP终将是5G天线材料的最终归宿。

(二)竞争格局趋势

LCP制膜核心技术由少数日本企业掌握,且能够实现成熟应用的更少。薄膜技术按商业化成熟度可分为实验品(样品)——产品(符合要求)——商品(成熟应用)三个阶段。目前市场上掌握天线用LCP制膜核心技术的企业主要是日本村田、日本可乐丽以及日本千代田,而能够真正达到商品阶段的就属日本村田和可乐丽。

全球 LCP 树脂生产主要集中在美、日两地,其中美国塞拉尼斯、日本宝理和日本住友是全球主要供应商,三者产能占比 63%。塞拉尼斯在收购杜邦原 LCP 业务后全球产能达到 2.2 万吨,占比近 30%;而塞拉尼斯、宝理、住友三家企业产能占比达 63%,行业集中度较高。目前国内具备规模量产能力的代表性企业为金发科技、普利特、沃特股份、台湾长春等。

从产业化进展看,目前国内仍然没有能够自主量产满足天线用LCP薄膜或者膜级LCP树脂材料的企业。其中,沃特股份的薄膜级LCP仍处在测试阶段;普利特已研发出薄膜级LCP,正和下游行业知名客户联合研发LCP薄膜产品;金发科技的薄膜级树脂产品已小批量出口到日本,同时与国内知名5G通信设备商共同开发天线产品;宁波聚嘉新材料已开发出膜级LCP,薄膜产品目前仍处在中试阶段。

随着国内企业研发投入和工艺改进的持续推进,天线用LCP薄膜材料量产瓶颈有望突破,可持续关注以上企业的产业化进展和客户认证进度。

五、总结

LCP薄膜是芳香族热塑性聚酯,一种新型高性能特种工程塑料。它具有低吸湿性,高耐化性,高阻气性的特点,属于低介电常数和低介电损耗因子的介电材料,可以满足5G技术更高频、更高速的要求。未来将广泛应用于手机天线、摄像头软板、笔记本电脑高速传输线、智能手表天线等。假设未来5G布局符合大众预期,在5年全球范围内实现全覆盖,以2018年iPhoneXS系列和XR系列的6根LCP天线需求量为基准,可以预测2022年LCP天线膜材料市场规模可达到40亿元。

需求的推动及技术的进步,天线用LCP薄膜材料量产瓶颈有望突破,可持续关注。返回搜狐,查看更多



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