欢迎来到中国化工信息杂志
5G商用元年,化工公司觅得新机
2019年24期 发行日期:2019-12-13
作者:■ 本刊编辑部

今年,中国正式进入“5G商用元年”。6月6日工信部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电等4家企业颁发了5G商用牌照。更快的信号传输速度、更高的传输稳定性带来无限可能,而这些对于化工公司意味着什么?


5G时代的化工机会
   
    1.天线振子
    一般的5G基站,背面采用压铸的铝合金,对着用户的一面是塑胶天线罩,通常可以采用PP+玻纤改性材料。基站内部,靠外面的是天线振子,然后连接连接器、滤波器,再到收发模块,最后是线路板。在5G网络基站设施中,天线振子用于导向和放大电磁波,是基站天线的核心器件。传统天线振子材料为金属,金属振子目前面临的主要问题是造价昂贵且偏重,不利于天线质量的控制。据安信证券研报分析,5G时代,基站密度加大,由于基站上大规模天线阵列(Massive MIMO)技术应用,对质量轻、体积小、成本优的天线方案需求激增。未来塑料振子将引领5G潮流中天线振子的发展大向。
    通常情况下,塑料选择上会考虑高温尼龙(PPA)、液晶高分子(LCP)和聚苯硫醚(PPS)等材料。由于天线振子多在屋外使用,环境要求较为苛刻,PPA吸水性大,易滋生霉菌,从而影响介电性能。同时,由于后期需要电镀,并在天线振子上嵌入线路,材料的线膨胀系数要和金属接近。一些厂商采用PPS,但PPS介电损耗较高,通常是4‰左右,如果可以进一步降低,PPS将是较好的选择。在实际频率下,LCP的介电损耗仅为1.5‰,在2.5GHz的情况下可能会更低。但LCP价格较高,是PPS的两倍,且存在较高的技术壁垒。
    LCP材料生产厂家有沃特、住友化学、世洋树脂、塞拉尼斯、宝理、金发科技、普利特等。PPS材料生产厂家是新和成、东丽、帝斯曼、塞拉尼斯、宝理、苏州纳磐、欧瑞达、聚狮、广东聚赛龙等。PPA材料生产厂家有帝斯曼、杜邦,金发科技等。
    针对汽车、可穿戴设备、5G基础设施、5G通讯设备领域有不一样的介电常数要求,世洋树脂可以定制不同介电常数的LCP材料,SEYANG®LCP材料还可以满足激光加工、SMT加工上的要求。SEYANGLCP LDS规格在适合SMT回流焊工序的高耐热性及高频领域中,通过多种介电特性控制技术,正应用于5G通讯设备领域。宝理推出的LAPEROS®LCP比一般的LCP材料具有更低的介电常数(FD/TD≤3.3/2.9@10GHz),并且相比较高温尼龙,LCP材料具有极低的吸水性和更高的介电稳定性。
    2.天线罩
    天线罩是基站中塑料用量最大的部件,在5G通信的特性以及日趋严格的环保要求下,天线罩材料需要满足低介电、低损耗、轻量化以及环保的要求。聚丙烯(PP)具有优异的机械性能、绝缘性能、耐热性能、密度低、吸水率低、价格便宜,具有极高的性价比。聚丙烯为非极性聚合物,具有很低的介电常数和介电损耗,并且其介电性能在温度、频率变化下保持稳定,能够保证基站天线罩具有良好的透波性和耐热性。这些优异性能使其非常适合用于制造基站天线罩。
    据艾邦高分子统计,可查相关专利玻纤增强PP天线罩材料的制备方法,一般是将PP树脂、低介电玻璃纤维、具有空心结构的笼型聚倍半硅氧烷或硅钨酸纳米粒子或中空玻璃微珠、增韧改性剂、耐候剂、润滑剂和抗氧剂、抗菌剂等组分混合均匀后挤出造粒而成,将基站天线罩的材料通过挤出工艺、注塑工艺或模压工艺,制得基站天线罩。其中,玻璃纤维可降低天线罩材料的热膨胀系数,提高天线罩的刚度和强度;中空玻璃微珠等填充材料可降低基站天线罩的介电损耗及比重。
    国内不少改性塑料企业都在布局5G天线罩领域。金发科技推出低介电损耗、低介电常数、轻量化的长玻纤增强聚丙烯材料。同益股份开发的5G材料有PP+30%长纤、PC/ABS、PC-outdoor,具有导热性能好、耐候性能好、耐低温(-40℃)、低介电低损耗、传输效率高的特点,更适应户外环境,可应用于5G基站天线罩、基站配件、户外模块、防雷盒。
    3.印刷电路板
    基站基础核心设施的印刷电路板(PCB)升级也至关重要。PCB油墨是生产PCB的关键原材料之一,其需求状况直接受到PCB行业规模及其发展状况的影响。从整体情况来看,PCB油墨占PCB产值的比重平均在3%左右。专用油墨行业具有专业性强、技术门槛高等专业属性,行业集中度高。
    长期以来,以日本太阳油墨集团为代表的国外厂商凭借着资金、技术和管理上的优势,形成了对我国专用油墨行业的控制地位。2018年,全球PCB油墨的产值规模超30亿美元,超过90%的市场份额被排名前四的企业掌握。其中,日本太阳占比约51%,中国台湾企业永胜泰占比约18%。中国大陆企业有两家位列前四,分别是广信材料和容大感光。
    广信材料主要涉足高品位、高科技含量的感光新材料,印刷线路板用及相关产业用抗蚀感光油墨、感光阻焊油墨及光固化涂料的开发、生产。目前公司8000吨油墨项目建设已经全部完成,生产线进入试生产调试阶段,产能释放在即。
    用于PCB的电子布要求较高,主要厂商分布在欧美企业,但产能一直在向亚太转移。不同的PCB对树脂要求不同。5G发展需要的高速/高频制板主要使用聚四氟乙烯(PTFE),近年流行的无卤环氧覆铜板(CCL)则使用环保型非溴基树脂。酚醛树脂和环氧树脂的供应商主要分布于大陆和台湾地区,美国和日本等国则垄断了高端特种树脂如BT树脂、聚苯醚树脂(PPE)等的供应。
    硅烷是PCB制程中的重要添加剂,能决定PCB使用中的诸多性能,用量虽小但功效显著。由于5G需要低信号损失,应运而生的特殊高分子合成树脂、玻璃纤维布以及光滑平面的铜箔这三者之间粘合的牢固性,需要硅烷来起作用。基板、铜箔和粘合剂需要使用硅烷,对铜箔和基板进行表面处理以增强粘合、疏水、热稳定性,并与基板中的树脂复合进行改性,或者加入FCCL粘合剂中加强聚酰亚胺膜材与铜箔的粘合效果。
    4.光棒
    5G全网覆盖需要的基站数量约为4G时代1.5~2倍,共计900万个基站。在前传环节,50%场景将会采用光纤直连方案,消耗大量光纤光缆;中传、回传全面采用OTN技术组网,产生类似于目前城域网的光纤光缆需求。在光纤光缆产业链中,最关键的环节是约占整个光纤总成本65%~70%的光纤预制棒(俗称光棒)。随着5G商用的逐渐普及,光棒产业也将继续保持快速增长,预计2024年,光棒产业产量将会达到14000吨。
    四氯化硅是生产三氯氢硅的副产物,经过精馏提纯之后,按照纯度分为光纤级、普通级、4N级四氯化硅,其中光纤级的四氯化硅最具市场价值,它是光纤预制棒的重要原材料,主要应用于光纤预制棒领域并制备通信用光纤光缆。
    通信光纤对损耗的要求极高,因为即使是极少量的杂质,也会影响光电性能,进而影响光在光纤内的传输距离,这就意味着制造光棒的原材料四氯化硅必须能达到极高的纯度。
    赢创在全球市场销售以Siridion?誖为牌号的四氯化硅(STC)产品,四氯化硅纯度高达99.9999%,这意味每6吨四氯化硅中的杂质含量仅6克,仅相当于一枚1元硬币的重量。我国高纯四氯化硅对外依存度高达80%,唐山三孚股份是国内硅材料的龙头公司,主要产品为三氯氢硅(多晶硅原料)和高纯四氯化硅,公司1万吨高纯四氯化硅今年投产,并且已经向长飞光纤、住友、中天科技、日本信越等光纤预制棒厂商供货,公司未来将继续增加2万吨高纯四氯化硅产能。
    5. 5G手机
    在5G时代,为提升通信速度和精度,手机的天线数目将从原来的2到5个增加到至少6到9个,甚至超过10个,但是用户喜爱的轻薄化全面屏设计会进一步挤占天线的空间。将复杂的天线矩阵嵌入小巧紧凑的手机中,需要新的设计思路和材料。另外,5G网络将使用混合频谱,其中高频段频谱信号传输容易受到干扰,需要材料具备更好的透波性能,从而让天线的传输及接收效率最大化。
 
5G材料市场争夺各显其能

 
    随着主要下游汽车和房地产的业绩下滑,化工行业整体利润堪忧,各大公司刚刚发布的第三季度财报中,大多数企业业绩都有不同程度的下滑,企业继续寻找新的增长点,5G新材料虽然技术壁垒高,但附加值相当可观,不少龙头企业都已开始布局。
    川流投资管理合伙人周明认为,5G技术实现了高速数据传输,这就要求相关材料尺寸减小,耐热性、导热性和导电性提高,电磁屏蔽等方面具有更高的性能。因此,化工公司需要通过针对性的研发,推动这些新材料进入市场;同时致力于降低成本,以推动5G技术的大规模使用。川流投资正密切关注几个潜在的项目包括:用于高频印刷电路板的聚四氟乙烯膜项目,高性能导热陶瓷项目,第三代半导体材料项目,工业化液晶高分子项目等。
    巴斯夫推出的Ultradur®新材料以聚苯二甲酸丁二酯(PBT)为基础、部分结晶、热塑性饱和聚酯,是一种低介电常数(Dk)和低介电损耗(Df)材料,具有粘结强度高、良好尽寸稳定性、低吸水性、耐腐蚀、耐热抗老化等特性,作为手机框架一部分的天线材料使用。
    住友化学近日发布消息称,计划以LCP开拓适用于5G通讯之智能型手机、基地台相关的多层软性印刷电路板(FPC)、硬性基板等市场。
    7月8日,科思创亚太区创新副总裁施马可(Michael Schmidt)称,科思创已成功研发了适用于5G基站的外壳材料。施马可表示,5G技术拥有频率高、波长短的特点,导致其信号衰减程度较大,这意味着需要借助于大量5G微型基站的部署不断放大信号,确保信号覆盖。相比于4G时代,5G的微型基站数量预计将增加20倍左右。而在开发5G基站的过程中,必须确保5G的高频信号能够顺利穿透外壳,这对材料提出了较高要求。在一年多前,科思创位于上海的聚合物研发中心启动了这项针对5G基站外壳材料的实验。该研发中心成立于2001年,目前拥有200多名员工。
    11月在上海举办的2019中国国际涂料展上,针对5G时代消费电子产品的外壳材料设计制造所面临的挑战,科思创推出了基于Bayhydrol®/ Bayhydrol®UV/Bayhydur®的全新消费电子涂料产品,不仅能提升运输储存的环保性与安全性,并且在外观上确保色彩装饰灵活多变,哑光体系软触彰显低调奢华,高亮体系耐划伤持久保持鲜亮外观。
    杜邦5G生态系统解决方案则覆盖基础设施、终端设备、商业应用等各个方面。在高速连接方面,杜邦提供了一系列包括天线材料、高速连接器和光分配网络(ODN)在内的解决方案。杜邦TM Crastin®系列产品具有稳定的Dk/Df参数,提供出色的天线性能和信号传输,确保高速、低延迟的5G通信和运行质量。高速连接器是大多数连接器厂商常用的解决方案。高温尼龙连接器解决方案确保高速连接,适用于最常见的SMT生产工艺流程。杜邦TMZytel®HTN具有出色的流动性,非常适合小型化设计。光分配网络(ODN)解决方案采用光纤电缆材料Hytrel®和互连材料杜邦TM Zytel®RSHTN,提供优异的机械性能和可靠性,实现光分配网络(ODN)的快速连接服务。
    金发科技全资子公司珠海万通特种工程塑料有限公司的年产1000吨LCP聚合装置于2014年初投产。此外,自2016年1月开始建设的年产3000吨LCP聚合装置扩产项目进展顺利,目前已投产并实现销售。
    飞荣达针对5G手机正在研发石墨烯膜、储能材料等,同时为了应对 5G 天线振子的性能要求,飞荣达提前 6 年研发布局,创新开发出了“改性塑料+ 选择性电镀”工艺的全新一代非金属天线振子解决方案。目前,飞荣达5G天线振子已开始供货。
    沃特新材料可为5G客户提供从基站到终端、从高频线路板基材到高频高速连接器再到摄像头模组的全产业链高分子材料解决方案,主要包括纳米高频材料(包括LCP、PPO/PPE、PP等),以及电磁屏蔽材料和高导热散热材料,公司还通过收购德清科赛51%股权布局PTFE。


当前评论