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电子树脂是生产覆铜板重要的原料, 配方体系不断发展.

2023-08-10 14:16:37 来源:中研网

电子树脂主要用于生产PCB原料覆铜板。应用于覆铜板生产的电子树脂一般是指通过选择特定骨架结构的有机化合物(如四溴双酚A)和有反应活性官能团的单体(如环氧氯丙烷),经化学反应得到特定分子量范围的热固性树脂,是能够满足不同覆铜板所需要的物理化学特性需求的一类有机树脂材料。

由于终端应用领域广泛,加之覆铜板性能主要通过电子树脂的特性予以实现,覆铜板生产厂商需要根据具体应用场景和下游客户的要求,选择相应功能的电子树脂、调整其用量和比例,形成适配的胶液配方。


【资料图】

对于应用于覆铜板生产的电子树脂,从基团类型和化学结构来说,主要包括环氧树脂、酚醛树脂和苯并噁嗪树脂等;从胶液配方组成来说,可以分为树脂和固化剂,二者交联形成的网状立体结构体现出耐热、耐湿等性能。特种电子树脂指的是基于差异化性能需求专门设计的具有特殊的骨架结构和官能团的一系列新型热固性树脂,包括特种骨架结构的环氧树脂、含阻燃特性的酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、马来酰亚胺类树脂、聚苯醚树脂等。

(1)早期普通FR-4覆铜板使用的主要是低溴环氧树脂和传统固化剂双氰胺的搭配,满足基材绝缘、阻燃、支撑的基础功能,具有配方简单、成本低廉的优势。

(2)随着环保意识的加强,PCB行业的“无铅制程”要求覆铜板基材实现较高的耐热性,业内普遍以线性酚醛树脂替换双氰胺作为固化剂,但该体系存在脆性较差、铜箔粘结力不足等问题,所以业内开始使用具有各项特性的多种电子树脂配合的体系解决方案,由于在提升某一性能同时可能抑制其他性能(如过高的阻燃性将降低耐热性),覆铜板企业需要在各项性能和成本之间实现有效平衡。

(3)PCB行业使用无卤素环保材料提出了硬性要求,意味着电子树脂配方需启用新的阻燃剂以替代含卤阻燃剂,以DOPO这类含磷单体改性而成的环氧树脂或固化剂,搭配其他电子树脂作为无卤覆铜板的解决方案,同时亦能满足PCB无铅制程的要求。

(4)随着移动通信技术的发展,PCB行业对覆铜板的介电性能有着持续提升的要求,经特殊设计,具有规整分子构型和固化后较少极性基团产生的苯并噁嗪树脂、马来酰亚胺树脂、官能化聚苯醚树脂等新型电子树脂应运而生,形成具备优异介电性能和PCB加工可靠性的材料体系。

覆铜板是将玻璃纤维布或其它增强材料浸以树脂,一面或双面覆以铜箔并经热压制成的板状材料。以玻璃纤维布基覆铜板为例,其主要原料为铜箔、纤维布、树脂,分别占成本的42%、26%和19%。5G通讯、新能源等领域推动PCB快速发展,带动电子电器用环氧树脂需求水涨船高。从成本占比来说,电子树脂占覆铜板生产成本的比重约为25-30%,在当前迅速发展的高速高频覆铜板中,电子树脂所占的成本比重将进一步提高。

根据机械刚性,覆铜板可以分为刚性覆铜板和挠性覆铜板两大类,在刚性覆铜板中,以玻纤布和电子树脂制成的玻纤布基板(FR-4)是目前PCB制造中用量最大、应用最广的产品。全球刚性覆铜板产值从2014年的99亿美元提升至2021年的188亿美元,中国大陆刚性覆铜板产值从2014年的61亿美元增长至2021年的139亿美元,中国大陆占全球比例进一步提升至73.9%。根据Prismark的统计,全球PCB行业产值从2014年的574亿美元,提升至2021年的809亿美元;2021年,我国PCB产值规模已达到全球规模50%以上。

全球覆铜板行业已经形成相对集中稳定的格局。以代表性的刚性覆铜板为例,根据Prismark统计数据显示,2021年前十大覆铜板厂商占据市场74%的份额,产值最大的前三家厂商建滔化工、生益科技和南亚塑胶份额分别为13%、12%和11%,上述三家公司的合计覆铜板产值占全球份额合计超过36%。

根据CPCA的统计数据显示,2021年我国前十大覆铜板厂商合计产值共446.76亿元,占全国覆铜板总产值的70.29%,我国覆铜板行业与全球行业竞争格局类似,市场集中度较高,此外行业内企业规模化、集约化程度存在持续提高的趋势。

随着5G通信技术、汽车智能化的迅速发展以及数据中心、云计算的需求快速增长,数据传输带宽及容量呈几何级数增加,其对各类电子产品的信号传输速率和传输损耗的要求都显著提高。其中,信号传输损耗主要包括导体损耗与介质损耗,其中介质损耗与介质材料的介电常数(Dk)、介电损耗(Df)呈正比,信号传输延迟与介质材料的介电常数(Dk)呈正比,为了降低信号传输损耗和延迟,高频高速覆铜板对其基材提出了降低介质材料的Dk与Df值的要求。一般而言,降低覆铜板介质材料的Dk和Df主要通过树脂种类选择、玻璃纤维布种类选择及基板树脂含量调整来实现。覆铜板行业内主要根据Df将覆铜板分为四个等级,传输速率越高对应需要的Df值越低。以5G通信为例,其理论传输速度10-56Gbps,对应覆铜板的介质损耗性能至少需达到低损耗等级,基于环氧树脂的覆铜板材料逐渐难以满足高频高速应用需求,具有规整分子构型和固化后较少极性基团产生的苯并噁嗪树脂、马来酰亚胺树脂、官能化聚苯醚树脂等新型电子树脂的设计与开发成为最新技术趋势。

高频覆铜板是指将增强材料(玻璃纤维布、纸基等)浸泡树脂加工,在一面或两面覆以铜箔,经加热后压合而成的一种板状材料,专门用于高频PCB的制造。高频覆铜板是目前移动通信领域5G、4G基站建设的核心原材料之一,是无人驾驶毫米波雷达、高精度卫星导航等技术升级所需的重要新兴材料,是通信装备、航天军工等产业急需的关键基础材料。新能源汽车成为汽车电子主战场。新能源汽车与传统汽车相比,包含整车控制器、电机控制器和电池管理系统,这三大特有电子元件,是新能源汽车电子化程度更高的原因所在。因此,新能源汽车市场的逐步扩大与电子渗透率的逐步提升,将直接影响汽车电子的需求量。据中汽协预测,2025年新能源汽车销量将达到700万辆,保有量达到3,224万辆。汽车PCB将随着新能源汽车的市场规模的增长迎来放量。

在汽车电子领域,随着汽车的智能化升级,车用PCB也向集成化更高和面积更小的HDI过渡,同时强化对安全性能的考量,也就对PCB基材提出更高的要求,而高频覆铜板凭借耐热性、低损耗等特性,成为汽车电子的新需求。智能化趋势下高性能汽车电子需求爆发,以及自动驾驶技术成熟落地,这些应用场景都将带来高频覆铜板市场的快速增长。

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