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      5G高频要求下,高Q低损耗特性陶瓷市场空间打开

      2020-10-27 阅读:
      凭借硬度高、耐磨损、断裂韧性高等优点,陶瓷材料下游应用范围广阔,涵盖 3C 电子、机械、光通讯、化工、医疗、航空、汽车七大领域。预计到2023年,中国电子陶瓷行业市场规模达到1145.4亿元。

      应用广泛,陶瓷下游领域涵盖七大新兴领域;高Q低损耗特性陶瓷市场空间打开,有望持续受益5G全周期建设。凭借硬度高、耐磨损、断裂韧性高等优点,陶瓷材料下游应用范围广阔,涵盖3C电子、机械、光通讯、化工、医疗、航空、汽车七大领域。展望未来, 我们认为5G高频要求下,高Q低损耗特性陶瓷市场空间打开,看好陶瓷天线、LTCC、陶瓷滤波器等持续受益5G全周期建设,下游行业有望迎来多维度成长,2014~2018年,我国电子陶瓷行业市场规模由346.6亿元增长至576.9亿元,预计 2023年中国电子陶瓷行业市场规模达到1145.4亿元。BWvednc

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      图 1:陶瓷下游应用领域。(资料来源:华研科技官网,天风证券研究所)BWvednc

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      图 2:中国电子陶瓷行业市场规模(亿元)。(资料来源:头豹科技创新网,天风证券研究所)BWvednc

      1)3C 电子领域:我国已进入 5G 全面建设阶段,2020 年 5G 手机将加速普及,同时叠加可穿戴市场兴起,电子陶瓷市场需求打开。在 3C 电子领域,陶瓷主要应用于手机及智能手表等场景中。预计陶瓷市场空间随着下游应用的成长而持续提高——手机: 2019 年为 5G 手机元年,随 5G 建设进度推进,预计 2019-2023 年全球 5G 手机渗透率由 0.9%增长至 51.4%;可穿戴:中国已成为全球第一智能可穿戴市场,预计 2020-2022年中国可穿戴设备出货量由 8847 万台增长至 11380 万台,市场规模由 473 亿元增长至 607 亿元。BWvednc

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      表 1:陶瓷在 3C 电子领域中的应用。(资料来源:中国钟表网,天风证券研究所整理)BWvednc

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      图 3:2019-2023 年全球手机渗透率(%)。(资料来源:mobile,天风证券研究所)BWvednc

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      图 4:2017-2022 年中国可穿戴设备出货量及市场规模。(资料来源:前瞻研究院,天风证券研究所)BWvednc

      • 陶瓷天线满足小型化需求:与 PCB 天线等相比,陶瓷天线介电常数高,同时可以有效缩小天线尺寸,提升手机内部空间利用效率,同时能助力手机实现轻薄化。具体可分为块状陶瓷天线和多层陶瓷天线。块状天线是使用高温将整块陶瓷体一次烧结完成后再将天线的金属部分印在陶瓷块的表面上。多层陶瓷基板(LTCC 天线)采用低温共烧的方式讲多层陶瓷迭压对位后再以高温烧结,天线金属导体可以印在每一层陶瓷介质层上,从而有效缩小天线尺寸。

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      图 5:块状陶瓷天线和 LTCC 工艺陶瓷天线。(资料来源:中国制造网,天风证券研究所)BWvednc

      • LTCC 技术从单器件到集成模块应用广泛,5G 高频化、小型化、一体化有望驱动LTCC 产品成长。低温共烧陶瓷技术(LTCC)是一种多层陶瓷微波材料技术,可以将无源元件内埋置到基板内部同时将有源元件贴装在基板表面、实现三维结构, 在制成无源/有源器件、功能模块集成等方面有灵活性,具有操作简单、技术成熟、低损耗、优良的高频 Q 值、小型化等优势,可用于制作基板、器件及功能模块。基于其性能优势,未来我们持续看好5G 高频化、小型化、一体化下LTCC 产品的成长——LTCC 优良的介电特性决定其将是5G 高频天线的最佳方案。随着频率提高,电磁波传播过程中的衰减也会增大,毫米波频段下金属天线的导体损耗重、天线辐射效率大幅下降。相比看,LTCC 制造高频通讯模组具备高Q、允许大电流及耐高温、热传导性更好、可将被动元器件埋入多层电路中增加电路密度、小CTE等优点,更适于5G 高频天线的应用。

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      图 6:LTCC工艺流程。(资料来源:电子发烧友,天风证券研究所)BWvednc

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      图7:LTCC基板。(资料来源:动易网络,天风证券研究所)BWvednc

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      表2:LTCC 自单器件向模块化发展。(资料来源:材料科学与工艺,天风证券研究所)BWvednc

      2) 通讯:基站建设:预计5G 基站数目将是4G 基站的1.5 倍;光纤铺设稳定增长:2010-2018 年,我国光纤布设长度复合年增速在20%以上,2018 年,我国光纤接入用户达3.68 亿,占全部互联网宽带用户的比例同比增加6.1%,光纤铺设长度达4358 公里,同比增加16.31%;IDC 市场随流量增加而扩大:2012-2018 年,我国IDC 市场规模已由210.8 亿元增长至1277.2 亿元,CAGR 达35.02%。上述三个细分领域将直接拉动相关陶瓷产品如光纤陶瓷插芯、陶瓷介质滤波器需求。BWvednc

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      表3:陶瓷在通讯领域中的应用。(资料来源:华研科技官网,天风证券研究所)BWvednc

      • 光通讯:光纤陶瓷插芯将直接受益于5G 建设。陶瓷在光通讯领域中的应用有套管、插芯等,其中陶瓷插芯将在5G 时代需求提升。陶瓷插芯的主要应用领域为光纤连接器(72%)、其他光无源器件(25%)、光有源器件(3%)。与其他光纤插芯材质如氧化铝、玻璃、模塑等相比,光纤陶瓷插芯与石英光纤热匹配性更好,理化性能更稳定,因此成为主流材质。光纤陶瓷插芯主要应用领域包括基站建设、光纤到户、IDC 搭建等,将直接受益于5G 建设。
      • 基站:微波介质陶瓷滤波器有望成为未来5G 基站主流解决方案。5G 时代,与传统金属腔体滤波器相比,微波陶瓷粉体较金属腔体具有更高Q 值的材料特性,大幅减小了插损,具有高带外抑制、温度漂移特性好、温度适用范围宽泛、多种形式的封装结构和输出接口形式的特点,满足了基站滤波器小型化的发展趋势,判断微波介质陶瓷滤波器有望成为未来5G 基站主流解决方案。中国5G 建设的推进+微波介质陶瓷滤波器技术的成熟,微波介质陶瓷滤波器空间持续提高,预计2019-2023 年中国5G 基站介质滤波器市场容量超过336 亿元,CAGR 为80.32%。

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      表4:不同滤波器特性对比。(资料来源:新材料,天风证券研究所)BWvednc

      3) 汽车、航空领域:陶瓷在汽车、航空领域中应用主要为锂电池隔膜、氧传感器、固体燃料电池和航空发动机热障涂层,其中锂电池隔膜及固体燃料电池市场规模将随新能源汽车渗透加速而增长。固体燃料电池:目前,燃料电池主要分为固体氧化物燃料电池(SOFC)、磷酸盐燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、碱性燃料电池(AFC)与质子交换膜燃料电池(PEMFC)等,其中作为清洁高效的能源系统,SOFC 为今后新能源应用的主要方向。陶瓷电解质薄膜能在高温、氧化和还原气氛中保持良好的化学稳定性,并在很大氧分压范围内具有纯氧离子导电特性,成为SOFC 电解质材料首选。锂电池隔膜:锂电池隔膜作用是防止两极接触而造成短路,陶瓷涂覆隔膜可显著提高锂电子电池的热稳定性,提高其耐刺穿能力,同时陶瓷涂层的孔隙率大于隔膜的孔隙率,利于增强隔膜的保液性和浸润性,因此得到广泛应用。目前,我国已推出多部法律法规推动燃料电池市场发展,同时叠加新能源汽车渗透加速,预计我国燃料电池2020-2024 年市场规模将由11.2亿元增长至27.65 亿元,我国锂电池隔膜2020年需求总量达到27.33 亿平方米。BWvednc

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      表5:陶瓷在汽车、航空领域中的应用。(资料来源:华研科技官网,天风证券研究所)BWvednc

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      表6:中国燃料电池产业发展目标。(资料来源:新能源网,天风证券研究所)BWvednc

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      图8:2011~2020年锂电池隔膜需求(亿平方米)。(资料来源:新能源网,天风证券研究所)BWvednc

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      图9:2014~2024年中国燃料电池市场规模(亿元)。(资料来源:智研咨询,天风证券研究所)BWvednc

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