详解5G天线核心材料LCP的应用前景和发展趋势

　　在2021年世界移动通信大会上，小米、OPPO、vivo、中兴、荣耀、三星等多家主流手机厂商均表示将在全球范围内共同支持5G毫米波的发展，真正的5G毫米波手机时代即将到来。 LCP是毫米波高频基材的极佳选择。
　　LCP材料简介
　　LCP（Liquid Crystal Polymer）即液晶高分子聚合物，是80年代初期发展起来的一种新型高性能特种工程塑料。
　　随着1G到5G的发展，手机通信使用的无线电波频率逐渐提高。5G频段向上迁移是推动Low Dk & Low Df材料大规模应用的关键驱动力。
　　4G时代的柔性天线制造材料采用PI膜，但纯的PI在2.4GHz以上频率损耗偏大，不适用于更高频率，将在高频的5G时代被逐步替代。
　　MPI是指改性PI，在10-15GHz的超高频甚至极高频的信号处理上的表现可以满足5G时代的信号处理需求，且价格约为LCP-FPC天线的70%，更具优势，但其在毫米波频段损耗与LCP有明显差距。
　　LCP材料在15GHz以上频率性能表现优越，因此LCP在5G时代将成为主要的天线膜材。
　　与 PI 相比，LCP 更适合更高的频率/数据速率和更小的空间需求
　　LCP 在多个参数上优于 PI和LTCC
　　LCP材料分类
　　LCP材料根据合成单体的不同致使耐热性不同而划分Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，分别对应耐热性高、中、低三档。
　　I型LCP材料具有较高的耐热性，但是其加工性能较一般，主要应用于电子电气领域的连接器。
　　II型液晶聚合物 综合性能表现突出，既有高耐热性能，也有优异的加工性能，因此 是制备天线LCP薄膜的最优基体树脂 。
　　Ⅲ型材料热变形温度较低，产品耐热性能略差，是目前应用最少的产品类型。
　　美国在1950年就发明了LCP并展开研究，日本随后在1979年开始攻克LCP技术。凭借着先发优势，目前全球LCP的研发和生产主要集中在美国和日本两国。
　　全球范围内较为知名的LCP树脂材料制造商主要有塞拉尼斯（泰科纳）、日本宝理、日本住友、日本东丽等企业，而中国企业近年来也逐步切入II型LCP树脂生产领域，代表性企业有金发科技、沃特股份、普利特、宁波聚嘉新材料等。
　　LCP应用案例
　　终端厂商逐年增加终端设备的天线数量，从而实现更快的数据传输速。
　　商业应用中，以iPhone为例，苹果从17年开始尝试在iPhone 8局部使用基于LCP软板的天线模组。为提高天线高频高速性能且节省设备空间占用，则在iPhone X中使用2根LCP天线，随后推出的iPhone XS/ XS Max/XR则增加至6根LCP天线。
　　LCP材料市场
　　随着5G通讯推动，智能手机技术日益提高，LCP基材天线在5G手机端渗透率也不断提升，从2018年在手机端的应用率为9%，到2020年增长至15%，预测在2025年将达35%以上。在设备增产和LCP材料渗透率提高的双重利好加持下，LCP天线需求即将进入红利发展期，并驱动LCP薄膜树脂与LCP薄膜的产能需。
　　若未来5年的5G布局符合预期实现全覆盖，5G手机中LCP膜渗透率达到80%水平，LCP树脂的需求量或将突破5,000吨。随着技术迭代升级，LCP材料生产成本也将进一步下降。2020年-2025年，5G天线LCP材料行业市场规模有望从21亿元增长至126亿元，年复合增长率（CAGR）为56.4%，整体市场呈快速增长态势，其中LCP薄膜市场空间高达110亿元，远超LCP树脂。在此基础上，在LCP薄膜树脂国产化替代、未来应用领域持续拓展等因素的驱动下，市场将催生庞大LCP树脂薄膜需求。
　　LCP行业产业链
　　LCP从树脂材料到终端应用需要经过＂LCP树脂-LCP薄膜-挠性覆铜板FCCL-柔性电路板LCP-天线模组-应用于下游端＂等核心步骤。LCP产业链可划分为：
　　1、上游LCP树脂
　　全球LCP树脂的产能有限，整体树脂供应厂商议价能力强，导致薄膜厂商供应收缩，进一步推高中游生产成本及导致中游产能收缩。
　　LCP树脂生产工艺流程
　　图片来源：聚嘉新材料
　　从供给端来看，2020年全球LCP树脂材料产能集中在日本、美国和中国（约7.6万吨
　　/年），其中日、美两国占比近8成，中国仅占21%。其主要原因是，美国和日本LCP
　　树脂材料龙头宝理塑料、住友化学、塞拉尼斯等企业在20世纪80年代就开始量产LCP树脂，三厂商产能超过1万吨，占比全球产能高到65%，行业集中度较高。
　　而中国发展LCP树脂产业较晚，LCP树脂技术实力较弱，且产品长期依赖美日进口。近年来，随着金发科技、普利特、沃特股份、聚嘉新材料等企业陆续投产，中国LCP材料产能快速增长，但由于无法自主量产满足天线用LCP薄膜或膜级LCP树脂材料，LCP树脂整体情况仍然处于研发突破及检验阶段。  2、上游LCP薄膜
　　LCP薄膜对制膜的原材料树脂有较高要求，目前市场上用于天线模组的LCP薄膜的树脂材料供应有限，导致LCP天线产业链各环节供应商中薄膜生产厂商较为稀缺，真正掌握LCP成膜核心技术的仅有日本村田、可乐丽、住友化学和美国Superex。
　　LCP薄膜工艺复杂，需要大量实践才能完成薄膜的制备，且由于原材料和薄膜厂商的供应链相对封闭，导致新进入厂商难以采购膜级树脂。此外，膜的制备后还要求完成热处理和涂覆处理，因此合格的薄膜生产技术壁垒极高，工艺流程复杂。
　　LCP薄膜生产工艺流程
　　图片来源：聚嘉新材料
　　LCP薄膜的制备工艺
　　LCP薄膜的制备是LCP天线的主要瓶颈之一。由于原材料和薄膜厂商的供应链相对封闭，导致新进入厂商难以采购膜级树脂。此外，LCP薄膜工艺复杂，需要大量实践才能完成薄膜的制备，且薄膜制备后还要完成热处理和涂覆处理，因此合格的薄膜生产壁垒极高。
　　目前LCP薄膜生产方法主要是吹膜法、流延法以及溶液法等，不同的成膜工艺对树脂要求也不同。
　　一、吹膜法
　　吹膜法是将LCP树脂经挤出机熔融塑化后，经环形口模挤成管坯，同时以注入管坯里的压缩空气将其进一步吹胀，经过冷却、牵引、收卷后得到LCP薄膜。
　　二、挤出流延法（双拉法）
　　挤出流延法是将LCP树脂经挤出机加热、熔融、塑化，通过T型结构成型模具挤出，流延至冷却辊上，经冷却降温定型，再经牵引、切边后收卷，最终得到LCP薄膜产品。
　　三、涂布法（溶液法）
　　涂布法/溶液法是将可溶性LCP树脂通过常规溶剂进行溶解形成LCP溶液，然后涂布到承载膜上得到LCP薄膜，或直接涂覆到铜箔上得到FCCL。
　　溶液法制膜过程中，LCP从无定形状态转变为经过热处理的薄膜，解决了LCP薄膜的异向性问题，撕裂强度较好，且制膜精度高，可在制膜过程添加填料助剂赋予覆铜板特殊功能。目前可溶性LCP树脂仅见住友化学有开发。
　　四、挤出压延法
　　挤出压延法是将LCP树脂熔融塑化后，经过辊筒的多次挤压和延展，再冷却定型后得到LCP薄膜。目前此方法正在开发中，压延法效率较高，成本较低，但是由于压延是单向的，薄膜的异向性问题有待解决。
　　LCP行业国内企业分析   沃特股份
　　沃特股份的5G材料解决方案中的高频材料包括了LCP、PPO/PPE、PP等，同时也是能供应I型、II型和III型三种类型LCP材料的企业。
　　沃特股份拟投资3亿元建设年产2万吨LCP树脂材料项目，计划于2022年6月投产，沃特股份LCP材料年产能合计达到25,000吨。  金发科技
　　金发科技已具备LCP薄膜专用树脂量产能力，低介电损耗LCP材料在终端设备厂商的复合天线振子上通过了小批量全流程验证。
　　金发科技目前已有一套3,000吨/年的LCP生产装置，又计划于2021年7月投产4,000吨/年LCP装置，企业LCP总产能将达7,000吨。在5G通信领域，加快年产200万平方米LCP薄膜产业化设备调试并及时达产。  普利特
　　普利特建有TLCP材料完整技术与生产体系，已成功研发LCP树脂材料，主要为注塑级树脂、薄膜级树脂、纺丝级树脂三大方向，累计TLCP年产能2,500吨/年，计划将LCP改性树脂产能提升至10,000吨/年。
　　普利特子公司广东普利特专注开发高性能LCP纤维，成为LCP全系列纤维制造企业。
　　宁波聚嘉新材料
　　聚嘉公司宁波北仑区生产基地（占地3亩）现有LCP基体树脂产能2000t/y，2021年3月新建项目总投资1.5亿元，至2022年上半年产能将提升至18000t/y；宁波高新区生产基地（占地4300m2）项目总投资2000万元，目前LCP改性树脂已形成10000t/y的产能；宁波镇海区生产基地（占地60亩）投资将分三期实施，预计到2021年底将形成140万m2/y LCP薄膜、1000t/y LCP纤维、100万m2/y LCP纤维布的生产能力。  信维通信
　　公司具备从LCP薄膜到LCP模组的全制程能力，目前正在积极导入大客户供应链，并为国内外客户配套新的LCP项目开发、拓展客户。目前，公司LCP天线及模组正在与北美大客户手机产品做前期接洽，尚未给北美大客户的手机产品批量供货。
　　国内LCP产业的机遇与挑战
　　LCP天线制备多个环节有着较高的技术门槛，其中 LCP树脂合成及成膜的生产环节是最为关键的环节 ，核心技术由少数日美企业垄断。日美两国控制近80%的产能，导致薄膜制备厂商稀缺薄膜产能收缩，使得产业链核心的上游LCP材料供应紧缺。
　　1. 国内企业较少拥有自主产权的纯树脂生产技术：
　　1、目前国内企业大都不具备完全自主的LCP纯树脂生产技术；
　　2、虽有几家LCP生产企业巨资引进国外的LCP纯树脂生产技术，但技术及工艺还不够成熟，树脂产能暂未完全打开。
　　2. 5G时代，LCP薄膜国内企业涉猎不多：
　　1、由于LCP薄膜树脂技术有限，所以LCP薄膜生产技术更加匮乏；
　　2、真正掌握LCP成膜核心技术的仅有日本村田、可乐丽、住友化学和美国Superex等少数企业；
　　3、LCP薄膜价格居高不下，影响国内5G产业竞争力。
　　3. 企业竞争力不足：
　　1、薄膜级LCP树脂售价高达30万元/吨，原料成本高造成一部份企业花费高成本使用进口LCP改性树脂，品质性能稳定但成本较高；一部份企业使用二手料，产品稳定性较低，面向中低端市场；
　　2、原料的短缺影响新产品及新市场的开拓。
　　LCP行业发展趋势   1、国产替代渐成主流
　　随着5G建设推进，中国厂商如沃特股份、金发科技、普利特等以需求为导向，加速LCP树脂薄膜的研发和投产，实现LCP产业的国产化替代，预计产能扩产至4.3万吨，契合5G需求迎来红利发展。
　　2、应用领域不断拓展
　　LCP综合性能良好，同时兼具高分子材料和液晶材料的特点，可广泛应用于电子电气、航天雷达、医用器械、汽车工业、容器包装薄膜等领域。从应用领域来看，LCP材料早期主要应用于工业，随着科技发展所应用的领域逐渐扩宽。
　　电子电气是LCP材料目前的最主要应用领域，具体应用涵盖高密度连接器、线圈架、线轴、基片载体、电容器外壳等。随着5G通信技术升级，LCP天线可解决自动驾驶汽车的信号传输低时滞问题，且可保证高频高速信号传输的稳定性。此外，LCP天线毫米波雷达可探测的距离远，大大提高驾驶感测精度，因此LCP天线有望在自动驾驶领域实现高速渗透。