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

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

一、LCP材料產能集中度及市場規(guī)模分析

TLCP材料是1976年EastmanKodak公司首次發(fā)現(xiàn)PET改性PHB（聚對羥基安息香酸）顯示熱致性液晶后開始研發(fā)，20世紀80年代中后期進入應用階段。LCP材料分子主鏈上具有大量剛性苯環(huán)結構，決定了其特殊的物化特征和加工性質，具有低吸濕性、耐化學腐蝕性、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，廣泛應用于電子電器、航空航天、國防軍工、光電通訊等高新技術領域。

發(fā)布的《2020-2026年中國LCP膜行業(yè)產銷情況分析及投資風險研究報告》顯示：目前全球LCP樹脂材料產能約7.6萬噸/年，全部集中在日本、美國和中國，產能分別為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80年代就開始量產LCP材料，我國進入LCP領域較晚，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，LCP材料產能快速增長。隨著5G時代到來，未來LCP材料需求將有望迎來快速增長。

LCP產能分布

全球LCP樹脂產能分布數(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（FlexiblePrintedCircuitBoard，F(xiàn)PC軟板）目前已成為天線主流工藝，占有率超過7成，其超薄設計將天線由早期的外置天線發(fā)展為內置天線，隨著5G時代到來，LCP天線有望得到廣泛應用。

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分類波長頻率用途甚低頻VLF10－100km（甚長波）3KHz－30KHz遠距離導航、海底通信低頻LF1－10km（長波）30KHz－300KHz遠距離導航、海底通信、無線信標中頻MF0.1－1km（中波）300KHz－3MHz海上無線通信、調幅廣播高頻HF10－100m（短波）3MHz－30MHz業(yè)余無線電、國際廣播、軍事通信、遠距離飛機、輪船間通信、電話、傳真甚高頻VHF1－10m（超短波）30MHz－300MHzVHF電視、調頻雙向無線通信、飛行器調幅通信、飛行器輔助導航特高頻UH0.1－1m（分米波）300MHz－3GHzUHF電視、蜂窩電視、協(xié)助導航、雷達、GPS、微波通信、個人通信系統(tǒng)超高頻SHF0.01－0.1m（厘米波）3GHz－30GHz衛(wèi)星通信、雷達、微波通信極高頻EHF0.001－0.01m（毫米波）30GHz－300GHz衛(wèi)星通信、雷達、微波通信紅外線0.78-400um3x1011-4x1014Hz光纖通信、探測、醫(yī)療可見光400-780nm4x1014-8x1014Hz-紫外線100-400um8x1014-3x1015Hz光化學、滅菌數(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)絡建設，這一消息可能意味著美國或將重新規(guī)劃5G布局，前期重心有望轉移至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)、介質損耗因子等指標有更高要求。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）和介質損耗因子（Df）也較大，尤其對工作頻率超過10GHz的產品影響顯著，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薄膜受制于產品良率和薄膜供應壟斷，成本最高，經濟性最低，而PI膜作為成熟應用產品成本最低，但無法用于5G時代的天線傳輸。經過改性后的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)暮诵哪げ摹Ｏ啾萈I，除了LCP擁有較低的介質損耗因子Df外，還有一個重要指標便是其吸水率極低，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)軟板由導電材料、絕緣基材、覆蓋層等構成的多層結構組成，一般使用銅箔作為導體電路材料，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)氧樹脂粘合劑作為保護和隔離電路的覆蓋層，經過一定的制程加工成FPC軟板。

LCP、PI、MPI性能對比－傳輸損耗可彎折性尺寸穩(wěn)定性吸濕性耐熱性PI較差較差較差較高較高MPI一般一般一般一般一般LCP較好較好較好較低較差數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

隨著無線網(wǎng)絡從4G向5G過渡，通信頻率將全面進入高頻高速領域。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。第一階段的目標是在2020年前將通信頻率提升到6GHz，第二階段的目標是在2020年后進一步提升到毫米波（30-60GHz）的應用。通信頻率的演變－頻段波長2G0.8-1Ghz、1.8Ghz20-30cm3G1.8-2.2Ghz13-16cm4G1.8-2.7Ghz11-16cm5G低頻3-5Ghz、高頻20-30Ghz6-10cm、10-15cm數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

高頻高速電路的需求內涵是傳輸信號的速度和品質，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，信號品質與介電損耗負相關。傳統(tǒng)天線短板的PI基材已經逐漸顯示出應用的劣勢，尤其在高頻傳輸方面，其對2.4G的射頻信號產生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110GHz時也只增加到0.0045，非常適合毫米波應用。而目前應用較多的主要是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重、結構特性較差，已經無法適應當前的高頻高速趨勢，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iPhoneXS/XSMax/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手機中國生產廠商天線材料的轉變，預計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年復合增長有望達到70%。

LCP天線成本結構數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

LCP軟板本結構數(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，內部空間不斷減少，手機設計不斷向著一體化和高度集成化發(fā)展，手機天線已經從早期的外置天線發(fā)展為內置天線，但是目前天線可用設計空間越來越小，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，隨著多模多頻技術的發(fā)展，在狹小空間內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層結構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品可靠性。④LCP軟板是熱塑性材料，可以自由設計形狀，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，有望應用于5G高頻封裝材料，應用前景廣闊

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廠商轉產。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)、介質損耗因子指標要優(yōu)于PI、接近LCP，吸水率也較PI大為改善、但仍不及LCP。相關數(shù)據(jù)顯示，在Sub-6G的頻段內，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產品LKA-025在25-30GHz頻段內的損耗曲線幾乎和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溫度低、尺寸穩(wěn)定性強、吸水率低、產品強度高等優(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，應用前景廣闊。

LTCC是一種早期的埋層技術，電容電感陶瓷類的用的都是LTCC的工藝技術，通過在封裝體的垂直多層空間內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，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

實際應用中，蘋果Apple公司在2017年末新發(fā)行的iPhoneX首次將LCP材料應用于天線，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)燒友等產業(yè)拆機報告，iPhoneX應用了兩組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由于供應商較多、性能夠用且經濟性更好，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。