5G手机材料分析:5G智能机从内到外各部件材料迎来新变革!-化妆品硅油生产商

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5G手机材料分析:5G智能机从内到外各部件材料迎来新变革!

阅读量：3702680 2019-10-23

关键词：手机、5G、材料
3560字|预计阅读时间：10分钟
5G时代带来的新一轮科技创新周期，对全产业链器件原材料、基站天线、小微基站、通信网络设备、光纤光缆、光模块、系统集成与服务商、运营商等造成积极的影响。
5G智能手机传输速率、频率、信号强度等显著提升，从核心芯片到射频器件、从机身材质到内部结构，零部件将迎来新的变革。
手机射频
近年来，手机芯片毛利率持续下滑，手机射频(RF)前端模块和组件市场却发展迅猛，2016年其市场规模为101亿美元，预计到2022年将达到227亿美元，复合年增长率为14%。广泛的射频前端平台产品包括砷化镓(GaAs)功率放大器(PA)、包络追踪器、多模功率放大器及模组、射频开关、独立和集成式滤波器模组，以及覆盖蜂窝及其他连接技术的天线调谐器。其中功率放大器、滤波器以及天线是射频前端主要技术。
手机天线材料---LCP与MPI
手机天线软板传统软板FPC（Flexible Printed Circuit Board），它是是以柔性覆铜板（FCCL）制成的一种具有高度可靠性，绝佳可挠性的印刷电路板。
目前应用较多的软板基材主要是聚酰亚胺(PI)，但是由于PI基材的介电常数和损耗因子较大、吸潮性较大、可靠性较差，因此PI软板的高频传输损耗严重、结构特性较差，已经无法适应当前的高频高速趋势。
LCP（液晶高分子聚合物材料，代表材料，聚对亚苯基对苯二甲酰胺）作为一种新型的热塑性有机新材料，可以保证较高可靠性的前提下实现高频高速，非常适用于微波，毫米波设备，具有很好的应用前景。此外，因为LCP可以实现更高的小型化，也更适应5G时代，天线高度集成化以及未来手机全面屏设计压缩手机内部空间的趋势。
具体来说，LCP具有良好的电学特性：在高达110GHz的全部射频范围几乎能保持恒定的介电常数，一致性好；其次，正切损耗非常小，仅为0.002，即使在110 GHz时也只增加到0.0045，非常适合毫米波应用；再次，热膨胀特性非常小，可作为理想的高频封装材料。
从市场规模上看，以IPhone X中LCP天线单机价值约为8-10美元计算，至2021年LCP天线市场有望增长到42亿美元。
对于未来的市场，因为LCP材料目前还有制造难度大，良品率仍需提升导致制造成本高等问题，在未来全面替代现有PI还有困难。
同时，PI材料也在不断地改进，氟化物配改善后的聚酰亚胺材料（MPI，Modified PI）在10-15GHz高频信号上的表现已经大致与LCP天线相差不多，此外因为是非结晶性的材料，所以操作温度宽，在低温压合铜箔下易操作，表面能够与铜较易接着，且价格较亲民。未来5G时代将会有MPI和LCP继续竞争的情况出现。
手机电磁屏蔽材料与导热材料
电子设备工作时，既不希望被外界电磁波干扰，又不希望自身辐射出电磁波干扰外界设备，以及对人体的辐射危害，这就需要通过电磁屏蔽来阻断电磁波的传播路径。电磁屏蔽体对电磁的衰减主要是基于电磁波的反射和吸收原理。
5G智能手机传输速率、频率、信号强度等显著提升，对电磁屏蔽和导热提出更高要求，未来电磁屏蔽与导热产品有望进一步呈现多元化、工艺升级、单机用量提升等趋势，具备更广阔的的成长空间。根据第三方预测，全球EMI/RFI屏蔽材料市场规模将于2021年达78亿美元，界面导热材料将于2020年达11亿美元规模，而属于新兴行业的石墨散热材料，在消费电子领域的市场规模已达近百亿元人民币。随着5G时代下游市场的快速发展，单机需求量的提升叠加终端设备数量的增加，将带来电磁屏蔽和导热材料和器件的巨大增量需求，因此2021年以后，电磁屏蔽与导热材料市场有望实现更快速的增长。
具体来看电磁屏蔽材料方面：电磁屏蔽器件的技术水平主要由其材料的发展主导，材料的电导率、磁导率及材料厚度是屏蔽效能的三个基本因素。电磁屏蔽材料将向屏蔽效能更高、屏蔽频率更宽、综合性能更优良的方向发展，各种新材料在电磁屏蔽的创新应用将会得到更多发展。未来的技术发展，电磁屏蔽将往导电性能好、加工工艺简单、性价比高、适合大批量生产等方面发展。而未来越来越多类型的电子设备将被纳入到电磁兼容管理的标准中来，电磁兼容的标准也将愈发的严格，可以预见电磁器件工艺材料的持续升级趋势将是确定性方向。
电磁屏蔽材料主要包括三大类：1)金属类：直接选择金属材料，如铍铜、不锈钢等;2)填充类：在不导电的基材中添加一定比例的导电填料从而使得材料导电，基材可采用硅胶、塑料等材料，导电填料可以是金属片、金属粉末、金属纤维或金属化纤维等材料;3)表面敷层和导电涂料类：对基材进行电镀，如导电布等。而从器件的角度来看，目前广泛应用的电磁屏蔽器件主要包括导电塑料器件、导电硅胶、金属屏蔽器件、导电布衬垫、吸波器件等。
近来出现了一种新的屏蔽技术——共形屏蔽，不同于传统的采用金属屏蔽罩的手机EMI屏蔽方式，共形屏蔽技术是将屏蔽层和封装完全融合在一起，模组自身就带有屏蔽功能，芯片贴装在PCB上后，不再需要外加屏蔽罩，不占用额外的设备空间，主要用于PA，WiFi/BT、Memory等SiP模组封装上，用来隔离封装内部电路与外部系统之间的干扰。共形屏蔽技术可以解决SiP内部以及周围环境之间的EMI干扰，对封装尺寸和重量几乎没有影响，具有优良的电磁屏蔽性能，可以取代大尺寸的金属屏蔽罩，未来有望随着SiP技术以及设备小型化需求而普及。
导热材料方面
目前，行业内广泛应用的导热器件包括导热界面器件、石墨片等，导热界面器件主要包括导热膏、片状导热间隙填充材料、液态导热间隙填充材料、相变化导热界面材料和导热凝胶等。
目前导热石墨膜因原材料及制备方法的不同分为天然石墨膜和人工石墨膜两种。由于人工石墨膜较天然石墨膜具有更好的导热性能，且人工石墨膜在技术进步的推动下，成本不断降低，性能不断提高，很好地满足了消费电子等产品发热量越来越大、结构越来越紧凑而带来的散热需求，发展空间较大。导热石墨膜的主要原材料为聚酰亚胺(PI膜)，是一种高性能的绝缘材料，具有较高的技术壁垒，全球范围内高性能的聚酰亚胺生产厂商较少，主要集中于美国和日韩，因此PI膜价格波动对导热石墨膜产品毛利率具有较大影响。自2016年以来，随着下游需求快速提升，PI膜基本处于供不应求阶段，采购价格有所反弹，未来随着供给端新增产能陆续开出，供需关系有望保持稳定。
此外，随着5G时代的临近，各智能手机厂商均在近期发布的旗舰机型中加大散热方案的创新和应用力度，为后续的规模导入做准备。其中，热管散热技术作为PC机领域的主流散热方案，已逐渐被搭载于智能手机中。热管方案又常被人们以“水冷散热技术”所认知，在手机中搭载铜制散热管，并在导管中加入特质的导热液体(水或乙二醇)，吸收手机核心元件发出的热量后，导热液体逐渐汽化并在导管内流动，当流动到低温处时将释放热能凝结成液态，完成手机热量的快速转移，并通过与热管连接的固定散热材料将热量散出。
手机外壳材料

金属中框

5G时代，智能手机朝着大屏化、轻薄化的方向发展，普通铝合金由于强度较低，无法达到性能要求。强度更高的7系铝合金和不锈钢将成为5G时代的重要解决方案。目前金属中框主要以铝合金为主，不锈钢的应用较少。
赛瑞研究预测，2020年全球金属中框市场将达到1334亿元。

手机金属中框产业链资料来源：新材料在线

3D玻璃

3D玻璃作为手机外壳材料具有轻薄、透明洁净、抗指纹、防眩光、耐候性佳等优点。目前主流品牌的高端机型大多采用3D玻璃作为后盖材质。AMOLED屏幕配合3D玻璃盖板的设计已经得到了市场的认可，但是过高的价格、较低的良率限制了3D玻璃市场渗透率的提升。未来AMOLED屏幕渗透率的提高会进一步推动3D玻璃的需求，预计到2020年渗透率达43%，全球市场规模达到337亿。
3D玻璃基板的原材料主要有：油墨、抛光材料、铁和材料生产工艺主要包括：抛光掩模、超声清洗以及热弯等成形加工工艺，化学强化、丝印喷涂、镀膜等后处理工艺

PC(聚碳酸酯)/PMMA
(聚甲基丙烯酸甲酯)复合材料

5G时代，智能手机后盖区去金属化为大势所趋，3D玻璃、陶瓷集中于高端机型，塑料则凭借易加工、低成本优势加速向中低端机型渗透。近年来，符合板材手机盖板已经成为新的研究热点，PC/PMMA复合材料具有可塑性高、硬度高、耐刮性好、不易破碎等性能优势，在5G时代有望成为中低端机型主流的后盖方案。
目前全球PC和PMMA的产能主要集中在海外化工巨头手中。
目前在我国影响力比较大的PMMA生产企业是镇江奇美化学（美国外资），产能10万吨。南通丽阳属于日本外资。无锡双象二期四万吨光学级PMMA计划已于18年第三季度投产。

陶瓷材料

陶瓷作为手机外壳材料具有良好的质感、其耐磨性好、散热性能好，能够很好的满足5G通信和无线充电技术对机身材料的要求。
目前高端纳米级符合分体生产商主要集中在日本和欧美等地区，国内发展较为成熟的产业是陶瓷加工，代表企业主要有潮州三环、蓝思科技、顺络电子、长盈精密等。
市场方面，2017年手机陶瓷材料的渗透率仅为0.2%不到，随着未来手机陶瓷工艺的成熟及单价的降低。预计2020年渗透率能达到10%，全球市场规模超过220亿元。
传感器
5G提出要覆盖毫米波频段，将可用通信频率提升至6GHz-300GHz区间。这些技术场景对射频器件的性能，比如功率、线性度、工作频率、效率、可靠性等提出了极高的要求。以功率放大器（PA）为例，PA功率附加效率（PAE）最低要求60%，目前skyworks的GaAs PA可以做到78%，而好的硅基CMOS产品仅能做到57%。虽然高通也推出了基于CMOS工艺的射频前端芯片，但由于击穿电压低、衬底绝缘性差、高频损耗大等先天缺陷，实际上在线性度、功率、效率、可靠性等多个方面都无法满足要求。由于5G通信全频带通信的特性，5G手机中射频前端芯片数量将进一步增加，带动以GaAs为代表的化合物半导体产业链发展。----------------------------------------------
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