5G 智能手机:新材料的成长空间可期!

研究背景

5G时代到来是未来科技硬件产业最重要的产业背景,本文关注于5G时代到来后智能手机内、外部重要的材料变化,以及由此带来的投资机会,着重关注了3种重要材料产品在5G时代的潜在成长空间。

复合板材

从5G的通信要求来看,机身的非金属化趋势在5G时代是确定性较强的产业趋势,而从目前来看,高端机使用玻璃机身、低端机使用塑料机身是现状下的普遍选择,本文我们介绍了复合板材这种机身材料,我们认为凭借其“性价比”的特点,未来有望在中低端市场打开局面,从而成为机身材料重要的选择。

电磁屏蔽材料

5G时代由于高频高速的通信需求,对智能手机内部的电磁屏蔽需求也产生了增量需求,而在FPC上依次压合覆盖膜、电磁屏蔽膜成为解决电磁屏蔽问题的重要方案,我们预计伴随软板化趋势和5G时代的需求,对应屏蔽膜的厂商有望获得加速成长。

导热材料

本文我们更加聚焦于智能手机端的变化,5G时代智能手机内部高功耗模块数量的增长对智能手机散热有了更高要求,目前主流的合成石墨散热方案有望进一步得到升级,国产厂商及其配套的上游PI材料厂商都有望分享行业成长红利。

复合板材:5G时代发力中低端智能手机市场PC/PMMA复合板材介绍

PC+PMMA复合板是将PC(聚碳酸酯,塑料)和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯,又称压克力/亚克力/有机玻璃,一种热塑性塑料)两种原料通过共挤工艺制得的复合材料。

其中,PMMA具有较好的硬度和耐磨性,一般用于外部,作为透明的保护膜存在,而PC具有良好的韧性,可作为内层带颜色的保护膜。

PC/PMMA复合板材有二层板和三层板两种规格,其中二层板的厚度约为0.05-2.0mm,主要用于手机盖板、装饰件、手机保护套等。三层板的厚度在0.5-2.0mm,主要用于车载面板等。

复合板材符合5G时代下机身非金属化的趋势5G具体到技术层面上有两个显著的边际变化:

(1) 通信频率需要进一步提升以增加带宽从而提升速率,电磁波的频率将从4G的1.8-2.7GHz提升至3.3-5.0GHZ,未来有望提升至28GHz,届时波长将达到毫米波级别。

但由于频率增长导致波长变小,叠加空气吸收等因素,电磁波的传输距离变短,穿透能力变弱。

(2) 同时,多输入多输出(Multi-inputMulti-output,MIMO)技术和阵列天线技术将成为手机天线的核心技术,其可以在不需要增加信道带宽或者总发送功率损耗的情况下大幅地增加数据吞吐量以及发送距离,有效地提升了通信质量。

预计MIMO天线单元的规模将从4G时代的2*2、4*4变为8*8甚至16*16,即手机中的天线数量将从2或4根变为8根甚至16根。

而电磁波会被金属屏蔽,导电的金属能对电磁波产生反射、吸收、和抵消等作用,所以厂商在设计天线时,应当远离金属零部件。

而5G时代下,天线数量增多、功能增强且电磁波穿透能力变弱,具有屏蔽电磁波特性的金属机身已不再适合高频通信时代。

再者,目前搭载了无线充电应用的智能手机。其技术一般都是电磁感应式,工作原理是输入电能到发射圈产生磁场,该磁场感应到接收端的线圈而产生电流。但金属对电磁场有屏蔽和吸收的作用,会影响无线充电的传输效率,因此无线充电功能的实现和逐渐普及也意味着金属机壳将失去舞台。

而非金属材料(塑料、玻璃、陶瓷等)由于其没有电磁屏蔽的优良特点,将成为手机品牌厂商的选择。PC/PMMA复合板材由两种塑料制得而成,同样符合5G时代下机身非金属化的发展趋势。

“性价比”是复合板材相比其他非金属材料的独特优势

PC/PMMA复合板材在外观以及产品特性上能够做到媲美玻璃的效果。

复合板材通过纹理设计和3D高压成型可以实现3D玻璃效果,不同的纹路设计和颜色效果均可满足,相比玻璃能够做到更加轻薄。

同时复合板材相比普通塑料具备更强的抗摔性和耐磨性,符合手机后盖的测试标准。

成本优势是复合板材相比玻璃和陶瓷等非金属材料的重要优势。

复合板材的空气高压成型工艺其实源自玻璃热弯工艺,是先将标准的复合塑料板材如PMMA+PC放到3D模腔内进行加热后,再加压成型冷却,最后通过各种表面加硬与装饰加工处理后,利用CNC精密成型制成成品。

从效果上而言,该工艺通过空气分段高压的形式将薄膜压在模具上成型,产品PMMA层外表面受到的压力均匀一致,能保证对光学膜材表面的零伤害,最后采用的CNC精密成型使得产品精度大大提升,效果可以比肩3D玻璃。

但从成本上而言,虽然其和玻璃热弯工艺类似,但流程更短,设备投资更小,成本也更加低廉(根据新材料在线给出的参考价格,5.5英寸的手机后盖,复合板材单位成本最低,为30元;陶瓷材料最贵,为前者价格的6倍以上,达200元;金属和玻璃材料成本介于其间,分别是50元和100元)。

中低端手机市场空间仍然较大,复合板材相关企业成长可期

复合板材凭借逼近玻璃等材料的性能以及更为低廉成本的“性价比”优势,符合现阶段品牌厂商在中低端市场上控制成本的需求,预计未来将在中低端市场继续打开空间,抢占金属机身份额。

目前部分品牌已经推出了针对中低端市场的相关机型,如华为畅享9plus、OPPOA3、vivoZ1、OPPOrealme1、联想K5PLAY等。

而从整个智能手机的市场数据来看,中低端市场仍然是智能手机“量能”的重要细分市场,复合板材行业成长可期。

根据IDC的数据,2017年全球和中国智能手机在0-150美元的价位段的占比分别为35%和27%,而在150-300美元的价位段的占比则分别为29%和32%,虽然近年来占比略有下滑,但中低端市场仍旧占据了智能手机战场的“半壁江山”(以出货量来计算,2017年全球和中国300美元以下的机型分别为9.4亿部和2.6亿部),复合板材在智能手机市场的成长值得期待。

目前,PC+PMMA复合板材的生产厂家相对较少,国外企业较为领先。但国内企业如智动力等已经在加紧布局。

智动力成立于2004年7月,是一家专业从事消费电子产品内外部功能性器件厂商,具有深厚的技术储备和优质的客户资源。

公司于2018年8月启动手机盖板建设项目,进行复合板材手机盖板的研发与生产,建设期2年,建成后年产能3600万件,开始进军复合板材领域,拥抱行业趋势,成长性值得期待。

电磁屏蔽材料:受益下游FPC增长与5G时代电磁屏蔽需求提升

电磁屏蔽膜/导电胶膜产业链介绍

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造成辐射危害,所以需要阻断电磁波的传播路径,这就是电磁屏蔽,电磁屏蔽膜是通过特殊材料制成的屏蔽体,能够基于对电磁波的反射或电磁波的吸收的工作原理有效阻断电磁干扰的产品。主要有导电胶型、金属合金型和微针型三种结构。

导电胶膜为无铅连接材料的一种,在元件与线路板之间提供了机械连接和电气连接,具有较高的剥离强度、优异的导电性、良好的耐焊性、定制化的结构设计等特点,是无线通信终端的核心封装材料之一。

电磁屏蔽膜和导电胶膜的直接下游行业主要为FPC(柔性电路板,属印制电路板PCB的一种,具有配线密度高、重量轻、厚度薄、可弯曲、灵活度高等其他类型电路板无法比拟的优势)行业,更进一步的下游应用领域主要包括消费电子、汽车电子和通信设备等。

FPC市场容量在5G与终端应用创新驱动下增长,产能趋于东移

电磁屏蔽膜和导电胶膜的直接下游行业为FPC,FPC市场的增长直接决定了相关上游材料的增长。

从行业空间的角度来看,一方面,5G高频高速通信时代催生高频FPC需求以及国产机内部结构变化所带来的FPC增量,另一方面,OLED、3DSensor、无线充电等终端创新将带来FPC新增量,从而助力全球FPC的产值进一步扩大。

以FPC用量最多的龙头公司——苹果的产品来看,在创新应用的驱动下,iPhone系列自2010年iPhone4开始,FPC的用量不断增加,近年来FPC占整个PCB产值的比例相比2010年也有了比较大的提升。

展望未来,我们认为5G和消费电子创新趋势仍将延续,FPC的市场空间仍将进一步拓宽,利好相关产业公司。

从产业格局来看,得益于成本优势及本地市场需求带动,内资厂商占比将稳步提升,未来几年大陆PCB/FPC的产值的增速将超过全球PCB/FPC的增速。

根据Prismark的统计,2017年中国大陆的PCB产值占比已经达到了51%,相比2010年的38%有了显著提升。

Prismark同时预计中国未来2017-2022年的PCB产值复合增速为3.7%,超过了全球3.2%的复合增速。

5G时代下单片FPC对电磁屏蔽膜的用量也将迎来增长


5G新技术应用将提升电磁屏蔽的需求。

5G时代会采用MassiveMIMO以及波束赋形等新技术的应用将有效地提升频谱效率,提高通信质量,但其天线数量的显著增多和高频段下天线尺寸的显著减小,对抗干扰性能提出了更高的要求。

同时,未来5G频率有望达到6GHz以上,为了支持6GHz以上的高频段,需要有LTE以外的新的无线接入技术5GNR,而这种新技术将和支持6GHz以下的LTE技术共存,两种制式收发链路同时工作时,在很多频段组合下会发生相互干扰,对电磁屏蔽材料提出了新的需求。

FPC在电子产品中,作为电子器件中的连接线,主要是起到导通电流和传输信号的作用。

当信号传输线分布在FPC最外层时,为了避免信号传输过程受到电磁干扰而引起信号失真,FPC在压合覆盖膜后会再压合一层导电层(电磁屏蔽膜),起到屏蔽外面电磁干扰的作用。

我们预计每片FPC在5G时代下,电磁屏蔽膜覆盖的面积和采用的用量将持续提升,以更好地减少电磁干扰。

行业内国外企业地位领先,积极关注国内相关布局企业

随着未来5G时代的到来,一方面,FPC产值的将持续增长,智能手机内部软板化趋势将延续,另一方面,5G的通信特点对电磁屏蔽需求也明显提升,位于上游原材料的电磁屏蔽膜和导电胶膜产品市场规模也将随之不断扩大。

目前行业内的竞争格局梯队明显,业内实力较强、市场占有率较高的公司为拓自达和东洋科美,但国内积极布局的乐凯新材等已经具备了一定的实力与生产规模。

导热材料:5G时代到来智能手机高功耗模块增加推动需求成长

导热材料大类与石墨材料介绍

导热材料与器件的功能是填充发热元件与散热元件之间的空气间隙,提高导热效率。未采用导热界面器件时,发热元件与散热元件之间的有效接触面积主要被空气隔开,而空气是热的不良导体,不能有效导热,采用导热界面器件后能实现热的有效传递,提高产品的工作稳定性及使用寿命。

智能手机的散热方式可分为石墨散热、金属背板/边框散热、导热凝胶散热、液态金属散热、热管散热等方式。

其中合成石墨材料/高导热石墨膜是利用石墨的优异导热性能开发的新型散热材料,相比起其他方案而言,石墨晶体具有耐高温、热膨胀系数小、良好的导热导电性、化学性能稳定、可塑性大的特点,近年来在消费电子产品中得到广泛应用,特别是iPhone采用后,目前合成石墨膜也已经成为手机散热的主流方案。

5G时代到来,终端功耗增加、机身非金属化,推动导热材料需求增长

5G时代功耗增加,带来散热新需求,散热片多层化趋势有望持续强化。

根据Digitimes的报道,华为的5G芯片消耗的功率将是当前4G调制解调器的2.5倍,届时需要更多更好的散热模块以防止手机过热。

从手机结构上来看,目前苹果公司推出的旗舰机型iPhoneXR/XS中,为了让双层主板更好的散热,主板正反面都贴有非常大块的散热石墨片,同时主板上的A12芯片也涂上了大量的导热硅脂进行散热。

我们认为在5G时代来临时,这些导热材料的需求也会进一步增加,相应的石墨片有望持续强化目前的多层化趋势,从而推动单机搭载价值量持续提升。

5G内部结构设计更为紧凑,机身向非金属化演进,需额外散热设计补偿。

5G具体到技术层面上,一方面是通信频率需要进一步提升,届时波长变小,叠加空气吸收等其他因素,电磁波的传输距离变小,穿透能力变弱;另一方面5G将采用MassiveMIMO技术,手机天线数量将从4G时代的2-4根变为8根甚至16根。

电磁波会被金属屏蔽,在5G天线数量增多以及电磁波穿透能力变弱的情况下,金属后盖已经不再适用。

但后盖是手机的两条重要传热路径之一,其传热能力是该决定手机背面温度的重要因素。

但和铝材质相比,玻璃材质的导热能力较差,所以5G机身非金属化时代下,后盖需要增加额外的散热设计,增加了导热材料的需求。

而同时,5G时代终端内部紧凑的结构设计令散热解决方案的设计更具难度,具有解决方案设计能力的散热材料企业将会在客户供应体系中担任更加突出的产业链角色。

OLED、可折叠和无线充电等创新应用引入将带来导热材料的显著增量

OLED渗透率快速提升,针对其散热的需求将同步快速成长。

OLED屏幕相比LCD屏幕具备显示效果好、更轻薄、能耗低、可实现柔性效果等优点,随着技术的逐渐成熟与成本的逐渐下降,在智能手机中的渗透率不断提升。

通过梳理2018年前六大手机品牌旗舰机型的面板种类,我们发现各大旗舰机种OLED的渗透率不断提升,而最高端的柔性OLED面板仍有较大提升空间。

根据IHSMarkit数据,2018Q3全球智能手机出货结构中,采用柔性OLED面板的比例为10%,渗透率处于低位。

基于强烈的需求,柔性OLED产能近年来快速增长,各大面板厂商纷纷加码布局柔性OLED产线,三星快速扩大其产能,韩国LG和以京东方为首的国内面板厂商也加速追赶。

根据IHSMarkit数据,若按现有规划,2016~2021年期间,全球柔性OLED理论总产能面积将达到88%的复合增速,呈现快速增长。

而对于导热材料而言,OLED的渗透率提升将对其助益明显。OLED材料高温受热易衰退,因此对散热要求大幅增加。

苹果在iPhoneX的OLED屏幕内侧贴了石墨片,面积较大,且要求非常平整,厚度0.1mm,为双层石墨。

我们预计,伴随OLED渗透率的提升,导热需求将会得到不断释放。

可折叠手机有望进一步释放OLED需求,从而显著增加散热方案的市场增量。目前三星、华为等具备高端机定义能力的品牌厂商都积极布局可折叠手机,该领域有望助力散热材料市场成长。

我们认为,各大手机厂商对于折叠屏手机产品的积极规划布局直接印证了“折叠屏”将是下一代智能手机产品的确定性迭代发展方向,而2019年将是折叠屏手机的元年,而相关的散热材料市场有望获得新动能,从而得到快速成长。

未来石墨材料企业与上游PI膜相关企业增长可期,值得关注

展望未来,石墨材料将在5G和消费电子创新的驱动下,迎来显著成长。

经测算,2017年仅智能手机和平板电脑市场,所需的合成石墨导热材料就达到将近百亿规模,考虑多层化趋势后,2020年市场规模有望变成3倍。石墨产业链的公司将有望显著受益。

导热材料与石墨材料行业竞争格局以国际供应商为主,近年国产厂商进步明显。

国际市场上,导热材料行业已经形成了相对比较稳定的市场竞争格局,主要由 国外的几家知名厂家垄断,导热材料垄断企业是美国Bergquist和英国Laird,合成石墨产品的高端客户市场主要由日本Panasonic、中石科技和碳元科技支撑。

国内市场上,由于我国导热材料领域起步较晚,在巨大的市场需求推动下,近年来生产企业的数量迅速增加,但绝大多数企业品种少,同质性强,技术含量不高,产品出货标准良莠不齐,未形成产品的系列化和产业化,多在价格上开展激烈 竞争。

但对于国内企业而言,一旦自主品牌通过终端厂认证,凭借成本优势,下游主 流国内模切件的制造商将很有动力采用国产品牌材料,从而迅速提高产品市占分 额,实现快速发展。

目前少数国内企业如中石科技等逐渐具备了自主研发和生产中 高端产品的能力,已经形成自主品牌并在下游终端客户中完成认证,近年在国际客 户的供应体系中扮演着越来越重要的角色。

PI(聚酰亚胺)膜是石墨膜的重要上游原材料,2016年碳元科技(高导热石墨膜2016年收入占比97%)和中石科技(合成石墨材料2016年收入占比43%)对于PI膜的采购额占所有原材料采购占比分别为36%和40%。未来PI膜也将显著受益于下游石墨材料的增长。

由于用于电子产品的PI膜的研发层次及难度很高,目前PI薄膜产业国外企业仍然占据着绝对的主导地位,以杜邦(Dupont)、日本宇部兴产(Ube)、钟渊化学(Kaneka)、日本三菱瓦斯MGC、韩国SKCK-OLONPI和台湾地区达迈为主要生产商。

国内来看,目前大陆的PI膜企业已有50余家,单从数量上看,国内PI膜行业已形成一定规模,要求较低的PI膜(满足一般绝缘与散热需求即可)已能大规模量产,但用于电子产品中的要求更高的PI膜仍然和国外企业仍有差距,国产替代空间仍旧很大。

目前国内时代新材等企业都在积极布局,特别是对于未来厚度更大的散热合成石墨所需的PI材料,目前国内公司已经涉足其中,未来有望对海外企业形成较大国产替代空间。

*内容摘自广发证券(分析师:许兴军、余高)

 

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