电子制造行业电子PI：功率、折叠、5G、散热等需求旺盛大陆产业加速进口替代有望迎来量价齐升机遇-20200301-天风证券-55页 (2).pdf

行业行业报告报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 1 电子制造电子制造 证券证券研究报告研究报告 2020 年年 03 月月 01 日日 投资投资评级评级 行业行业评级评级 强于大市(维持评级)上次评级上次评级 强于大市 作者作者 潘暕潘暕 分析师 SAC 执业证书编号：S1110517070005 张健张健 分析师 SAC 执业证书编号：S1110518010002 资料来源：贝格数据 相关报告相关报告 1 电子制造-行业深度研究:MLCC 深度：提价加速，高端突破，军工成长，上游崛起 2020-02-21 2 电子制造-行业点评:AirPods Pro 发布持续引爆市场，TWS 有望成为标配 2019-10-29 3 电子制造-行业点评:华为发布 VR Glass,巨头进场有望引爆 VR 行业 2019-09-27 行业走势图行业走势图 电子电子 PI：功率、折叠、功率、折叠、5G、散热等需求旺盛，、散热等需求旺盛，大陆产大陆产业业加速进口替代加速进口替代，有望迎来量价齐升机遇，有望迎来量价齐升机遇 1.电子电子 PI：柔性、耐高温、绝缘高性能高分子材料，下游应用广泛，百亿柔性、耐高温、绝缘高性能高分子材料，下游应用广泛，百亿级市场规模，浆料合成和成膜级市场规模，浆料合成和成膜工艺是核心难点是核心难点 聚酰亚胺聚酰亚胺 PI 是综合性能最佳的有机高分子材料之一是综合性能最佳的有机高分子材料之一，在柔性、耐高温、绝缘性能方面有综合表现突出，在电气绝缘、柔性电路板、柔性显示、5G 天线、散热材料等方面应用广泛。PI 材料行业的主要技术壁垒在材料行业的主要技术壁垒在 PI 浆料的合浆料的合成以及成膜两个环节成以及成膜两个环节，随着下游应用不断发展，PI 材料的性能将持续提升，我们认为未来提升的方向包括低温工艺、轻薄化、低介电常数化、透明化等。2.重要应用重要应用 1-半导体封装：半导体封装：IGBT 等等功率模块功率模块&先进封装先进封装工艺的工艺的核心材料核心材料 全球电动车、光伏、风电等新能源行业下游将保持高景气度，上游 IGBT 等功率芯片模块将需求旺盛，PI 材料凭借优异的绝缘性能在功率模块的封装欢迎广泛应用。全球半导体封装技术持续升级，先进封装技术中对封装材料有更高的要求，PI 材料在半导体封装工艺中层间绝缘材料、表面钝化、制图材料、基板材料均由广泛应用。3.重要应用重要应用 2-5G 手机：手机：MPI 天线和石墨散热原膜需求旺盛天线和石墨散热原膜需求旺盛 全球智能手机行业步入 5G 时代，5G 手机天线中 MPI 和 LCP 等低介电常数材料是核心方向，目前 Sub-6G 主流采用 MPI 方案。5G 手机整体随着对MPI 天线材料以及 PI 散热需求旺盛。MPI 材料难点在于，PI 散热膜材料难点在于，目前 4.重要应用重要应用 3-柔性显示：理想的柔性显示：理想的 OLED 基板、盖板和基板、盖板和 COF 材料材料 具有优良的耐高温特性、可挠性及耐化学稳定性的 PI 材料，是当前 OLED柔性基板和盖板材料的最佳选择，OLED 显示的快速发展拉动 PI 薄膜的市场需求。电子级 PI 是 COF 封装的核心难点。TV 高清化和手机全面屏已成主流发展趋势，相比于传统的 COG 技术，COF 技术可以缩小边框 1.5mm 左右的宽度，在封装基板的高密度构装技术发展上优势显著。5.重要应用重要应用 4-FPC：基板和覆盖：基板和覆盖层材料，目前层材料，目前 PI 下游重要下游下游重要下游 根据 Prismark 数据，2016 年中国 FPC 行业产值达到 46.3 亿美元，中国地区FPC 产值占全球的比重从 2009 年 23.7%已增至 2016 年 42.5%，2017 年全球FPC行业产值达到125.2亿美元。FCCL一般由铜箔与 PI 薄膜材料贴合制成，是 FPC 的核心原材料，PI 将受益于全球 FPC 行业的持续增长。6.美日韩垄断格局，美日韩垄断格局，日韩疫情日韩疫情加速国产替代，全球产能有望吃紧加速国产替代，全球产能有望吃紧 全球 PI 产能仍然主要由国外少数企业所垄断，包括美国杜邦、韩国 SKPI 和Kolon、日本钟渊化学(Kaneka)和宇部兴产株式会社(UBE)等，我们判断在19 年中美贸易战以及 20 年初的日韩疫情影响下，大陆 PI 产业将加速实现进口替代，同时行业产能可能受影响，行业盈利能力可有望提升。7.投资机会：投资机会：我们看好 PI 行业在功率模块、先进封装、柔性显示、5G 手机等领域的应用前景，同时看好大陆 PI 产能在中美贸易战战、日韩疫情背景下将实现加速进口替代的机遇，建议关注万润股份（天风化工联合覆盖）、时代新材和鼎龙股份。风险风险提示提示：新技术进展不及预期；市场竞争加剧；新产能释放不及预期 -15%0%15%30%45%60%75%2019-032019-072019-11电子制造沪深300 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 2 内容目录内容目录 1.电子电子 PI：柔性、耐高温、绝缘性能突出的高分子材料：柔性、耐高温、绝缘性能突出的高分子材料.7 1.1.PI 概述：综合性能最佳的有机高分子材料之一.7 1.2.PI 核心性能优势：柔性，耐高温，绝缘.8 1.3.PI 薄膜材料性能优势显著，电子应用领域广泛.9 1.4.PI 合成工艺和路线：两步法是常用方式.9 1.5.PI 材料行业核心壁垒高：设备、工艺、资金、人才.11 1.6.PI 产业新方向：轻薄、低温、低介电常数、透明、可溶、低膨胀等.12 1.6.1.方向 1：低温合成聚酰亚胺 PI.12 1.6.2.方向 2：薄膜轻薄均匀化.12 1.6.3.方向 3：低介电常数材料.13 1.6.4.方向 4：透明 PI.15 1.6.5.方向 5：可溶性 PI 薄膜.16 1.6.6.方向 6：黑色 PI 薄膜.16 1.6.7.方向 7：低膨胀 PI 薄膜.17 2.重要应用重要应用 1-半导体封装：半导体封装：IGBT 等功率模块等功率模块&先进封装核心材料先进封装核心材料.18 2.1.广泛应用于 IGBT 等功率模块封装.18 2.2.先进封装工艺中多环节应用的核心材料.20 3.重要应用重要应用 2-5G 手机：手机：MPI 天线和石墨散热原膜需求旺盛天线和石墨散热原膜需求旺盛.22 3.1.石墨散热片：原膜材料.22 3.1.1.手机散热驱动方案.22 3.1.2.石墨散热是重要路线之一，对 PI 需求拉动显著.22 3.1.3.主要供应商：时代新材.24 3.2.5G 材料：MPI.24 3.2.1.5G 手机终端未来高速增长.24 3.2.2.天线等射频拉动 MPI 需求.24 4.重要应用重要应用 3-柔性显示：理想的柔性显示：理想的 OLED 基板、盖板和基板、盖板和 COF 材料材料.26 4.1.OLED-柔性基板和盖板材料.26 4.1.1.柔性 OLED 手机渗透率持续提升.26 4.1.2.2020 年折叠手机出货量有望突破百万级，2021 年有望达千万级出货量.26 4.1.3.PI 基板和 CPI 盖板材料需求旺盛.27 4.1.4.主要公司：住友化学、Kolon Industries、SKC 等.28 4.2.COF-柔性基板.28 4.2.1.TV 高清化、手机全面屏驱动 COF 方案需求持续增长.29 4.2.2.4K 高清电视和智能手机 COF 需求持续增长.31 4.2.3.PI 材料是 COF 封装核心难点.31 4.2.4.重要公司：住友和东丽.31 5.重要应用重要应用 4-FPC：基板和覆盖层材料，目前：基板和覆盖层材料，目前 PI 下游重要需求下游重要需求.33 5.1.FPC 需求持续增长.33 pOoNoQyRoPrRrOnOrOtPoP8O9RbRpNmMmOqQlOnNtQlOnNnP6MpNmPuOsOnPMYtOoR 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 3 5.2.FPC 应用领域：基板和覆盖膜.34 5.3.SKC Kolon PI.34 6.美日韩垄断格局，加速国产替代，全球产能有望吃紧美日韩垄断格局，加速国产替代，全球产能有望吃紧.36 6.1.PI 技术发展历史：美国日本韩国&台湾大陆.36 6.2.中美贸易战和日韩贸易摩擦.38 6.3.PI 材料进口受日韩疫情影响，将加速国产替代进程.38 7.投投资机会：大陆资机会：大陆 PI 行业加速国产化红利行业加速国产化红利.40 7.1.万润股份：精细化工领先公司，布局发力 PI 新产品.40 7.2.时代新材：立足轨交应用，突破散热、折叠、功率材料等新产品.42 7.3.鼎龙股份：打印耗材领先公司，布局发力 CMP、PI 浆料.45 7.4.国内非上市公司.46 7.4.1.深圳瑞华泰.46 7.4.2.武汉依麦德.46 8.附录：附录：PI 行业全球重要公司介绍行业全球重要公司介绍.47 8.1.美国杜邦.47 8.2.日本住友化学.48 8.3.韩国 SKC Kolon PI.49 8.4.日本钟渊化学.50 8.5.宇部兴产.51 8.6.台湾达迈.53 图表目录图表目录 图 1：PI 合成原料及产品化学结构.7 图 2：PI 材料分类.7 图 3：PI 材料应用领域.8 图 4：全球主要 PI 厂商.8 图 5：PI 合成方法（Kapton，两步法）.10 图 6：PI 合成工艺路线简图.10 图 7：全球聚酰亚胺薄膜主要制造厂商的部分产能数据.12 图 8：PI 薄膜制备工艺发展历程.13 图 9：可溶性聚酰亚胺树脂法制备超薄 PI 薄膜工艺.13 图 10：吹塑成型法制备超薄 PI 薄膜工艺.13 图 11：氟原子掺杂的低介电常数 PI 设计.14 图 12：无氟/含氟共聚物低介电常数 PI 设计.14 图 13：含硅氧烷支链结构化低介电常数 PI 设计.15 图 14：多孔结构膜结构低介电常数 PI 设计.15 图 15：2017 年全球透明 PI 专利申请数量（单位：项）.15 图 16：杜邦公司透明 PI 技术路线.15 图 17：透明聚酰亚胺薄膜的技术路线图.16 图 18：共聚改性制备可溶性 PI 示例.16 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 4 图 19：国内外黑色 PI 薄膜产品性能.17 图 20：国内外低膨胀 PI 薄膜产品性能.17 图图 21：2016-2022 年全球功率半导体市场规模年全球功率半导体市场规模/亿美元亿美元.18 图图 22：2017 年全球功率器件的产品分类年全球功率器件的产品分类(按销售额按销售额).18 图图 23：2017 年全球功率器件厂商营业收入年全球功率器件厂商营业收入/亿元亿元.18 图图 24：2017 年全球功率器件厂商净利润年全球功率器件厂商净利润/亿元亿元.18 图 25：2017-2019 年新能源乘用车销量.19 图图 26：不同钝化材料工艺性能：不同钝化材料工艺性能.20 图图 27：优化后的聚酰亚胺薄膜层情况：优化后的聚酰亚胺薄膜层情况.20 图图 28：先进封装技术市场空间：先进封装技术市场空间.20 图图 29：行业先进封装及占比（单位：百万片：行业先进封装及占比（单位：百万片 12 寸晶圆）寸晶圆）.20 图图 30：在底座下涂覆在底座下涂覆 PI 层防止器件崩裂层防止器件崩裂.21 图图 31：PI 在半导体先进在半导体先进封装中充当应力缓冲膜封装中充当应力缓冲膜.21 图 32：石墨结构和散热示意图.22 图 33：手机导热材料的发展.23 图 34：石墨散热片的应用实例.23 图 35：石墨散热片生产工艺.23 图 36：石墨散热片产品.23 图 37：全球智能手机出货量预测（单位：百万部）.24 图 38：全球智能手机 2019 与 2023 预测对比.24 图 39：聚酰亚胺柔性显示工艺流程.26 图 40：可折叠手机.27 图 41：华为折叠屏手机专利.27 图 42：SKC 盖板材料.28 图 43：CPI 盖板材料简介.28 图 44：COF 柔性封装基板.29 图 45：60 吋以上高清面板渗透率预测.29 图 46：全球高清 TV 出货量统计及预测（单位：百万部）.29 图 47：部分全面屏手机.30 图 48：手机屏幕大小变化.30 图 49：2017-2021 年全面屏手机渗透率统计及预测.30 图 50：单面 COF（1-Metal）.31 图 51：双面 COF（2-Metal）.31 图 52：2016-2022 年 4K 电视 COF 薄膜需求量（亿片）.31 图 53：2018-2022 年智能手机 COF 薄膜需求量（亿片）.31 图 54：COF 封装产业链.32 图 55：FPC 产业链上下游公司.33 图 56：FPC 上下游产品及应用.33 图 57：2003-2017 年全球 PCB 及 FPC 行业市场规模（亿美元）.34 图 58：2009-2017 年中国 FPC 产值规模（亿美元）.34 图 59：FPC 制作流程.34 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 5 图 60：三层 FCCL 和两层 FCCL 结构示意图.34 图 61：欧美聚酰亚胺发展历史.36 图 62：日本聚酰亚胺发展历史.37 图 63：韩国和中国台湾聚酰亚胺发展历史.37 图 64：2017 全球 FCCL 用 PI 膜企业市场份额.39 图 65：2017 国内 FCCL 用 PI 膜主要供应国家.39 图 66：2015-2019 年达迈季度毛利率.39 图 67：2015-2019 年达迈季度净利率.39 图 68：2014-2019Q3 年 万润股份营收（单位：亿）.41 图 69：2014-2019Q3 年 万润股份归母净利润（单位：亿）.41 图 70：2014-2019Q3 年 万润股份毛利率和净利率.41 图 71：2016-2019H1 年 万润股份产品营收结构（单位：亿）.41 图 72：烟台海川化学制品有限公司部分聚酰亚胺产品化学结构图.42 图 73：烟台海川化学制品有限公司部分专利.42 图 74：2014-2019Q3 年 时代新材营收（单位：亿）.44 图 75：2014-2019Q3 年 时代新材归母净利润（单位：亿）.44 图 76：2014-2019Q3 年 时代新材毛利率和净利率.44 图 77：2016-2019H1 年 时代新材产品营收结构（单位：亿）.44 图 78：2016-2018 年时代新材营业收入（单位：亿）.45 图 79：2018 年 PI 薄膜在新型材料中的营收占比（单位：%）.45 图 80：2014-2019Q3 年 鼎龙股份营收（单位：亿）.45 图 81：2014-2019 年 鼎龙股份归母净利润（单位：亿）.45 图 82：2014-2019Q3 年 鼎龙股份毛利率和净利率（单位：%）.46 图 83：2019H1 鼎龙股份营收结构（按产品划分）.46 图 84：2016-2018 陶氏杜邦营业收入（单位：亿美元）.48 图 85：2014-2018 住友化学营业收入（单位：万亿日元）.48 图 86：2014-2018 住友化学 IT 相关收入（单位：亿日元）.48 图 87：2014-2018 住友化学地区收入结构（单位：亿日元）.48 图 88：2013-2018 年 SKC Kolon PI 钟营业收入（单位：亿韩元）.50 图 89：2011-2016 年 SKC Kolon PI 的 PI 收入（单位：亿韩元）.50 图 90：2011-2016 年 SKC Kolon PI 的地区收入（单位：亿韩元）.50 图 91：2013-2018 年钟渊化学营业收入（单位：亿日元）.51 图 92：2016-2018 年钟渊化学业务收入结构（单位：亿日元）.51 图 93：2013-2018 年钟渊化学地区营收结构（单位：亿日元）.51 图 94：2013-2018 年宇部兴产营业收入（单位：亿日元）.52 图 95：2013-2018 年宇部兴产化学板块收入（单位：亿日元）.52 图 96：2013-2018 年宇部兴产地区收入结构（单位：亿日元）.52 图 97：2012-2018 年达迈营业收入（单位：亿 TWD）.53 图 98：2012-2018 年达迈产品营收结构（单位：亿 TWD）.54 图 99：2012-2018 年达迈地区收入收入（单位：亿 TWD）.54 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 6 表 1：PI 材料的性质.9 表 2：国产 PI 薄膜与进口 PI 薄膜的参数对比.11 表 3：PI 膜主要技术壁垒.11 表 4：低温合成 PI 的方法.12 表 5：IC 封装中的聚合物材料.20 表 6：各种散热方案特性.22 表 7：石墨导热性能与铜、铝对比.23 表 8：5G 天线材料特性对比.24 表 9：SKC Kolon PI 聚酰亚胺薄膜业务发展历史.35 表 10：全球 PI/光刻胶/高纯氟化氢供应链信息汇总.38 表 11：万润股份股权结构.40 表 12：时代新材股权结构.42 表 13：时代新材发展历程.43 表 14：公司聚酰亚胺薄膜项目投资进展.43 表 15：聚酰亚胺薄膜业务近三年一期营业收入、净利润、费用情况（单位：万元）.43 表 16：株洲时代华鑫新材料技术有限公司股权结构.44 表 17：杜邦公司 PI 材料的发展历史.47 表 18：杜邦 Kapton 系列薄膜简介.47 表 19：SKC Kolon PI 公司 PI 材料的发展历史.49 表 20：SKC Kolon PI 公司 PI 产品简介.49 表 21：钟渊化学 PI 材料发展历史.50 表 22：钟渊化学 PI 产品简介.51 表 23：宇部兴产 PI 材料的发展历史.51 表 24：宇部兴产 PI 产品介绍.52 表 25：达迈 PI 薄膜产品简介.53 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 7 1.电子电子 PI：柔性、耐高温、绝缘性能突出的高分子：柔性、耐高温、绝缘性能突出的高分子材料材料 1.1.PI 概述概述：综合性能最佳的有机高分子材料之一综合性能最佳的有机高分子材料之一 聚酰亚胺聚酰亚胺-高性能的工程和微电子材料高性能的工程和微电子材料。聚酰亚胺（Polyimide,PI）是指主链上含有酰亚胺环（-CO-N-CO-）的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要，是综合性能最佳的有机高分子材料之一。PI 耐高温达 400以上，长期使用温度范围为-269260，部分无明显熔点，且具有高绝缘性能。聚酰亚胺列为“21 世纪最有希望的工程塑料”之一，其研究、开发及利用已列入各先进工业国家中长期发展规划。图图 1：PI 合成原料及产品化学结构合成原料及产品化学结构 资料来源：达迈官网、天风证券研究所 芳香族聚酰亚胺是微电子工业的重要材料芳香族聚酰亚胺是微电子工业的重要材料。根据化学组成，聚酰亚胺可以分为脂肪族和芳香族聚酰亚胺两类；根据加工特性，聚酰亚胺可分为热塑性和热固性。芳香族结构聚酰亚胺的热学性能最稳定，是微电子工业通常所用的聚酰亚胺材料，其一般是由芳香族的四酸二酐和芳香族二胺在有机溶液中发生缩聚反应生成聚酰胺酸或聚酰胺酯，再经过一定的方法使其亚胺化（环化）而制得。图图 2：PI 材料材料分类分类 资料来源：新材料在线，天风证券研究所 聚酰亚胺产品应用领域广泛。聚酰亚胺产品应用领域广泛。聚酰亚胺产品以薄膜、复合材料、泡沫塑料、工程塑料、纤维等为主，可应用到航空航天、电气绝缘、液晶显示、汽车医疗、原子能、卫星、核潜艇、行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 8 微电子、精密机械包装等众多领域。图图 3：PI 材料应用领域材料应用领域 资料来源：新材料在线，天风证券研究所 美日韩企业垄断全球美日韩企业垄断全球 PI 市场市场。目前全球市场由国外少数美日韩企业所垄断，包括美国杜邦，韩国 SKC Kolon PI，日本住友化学、宇部兴产株式会社(UBE)、钟渊化学(Kaneka)和东丽等。国内企业主要包括中国台湾的达迈科技和达胜科技，以及中国大陆的时代新材、丹邦科技、鼎龙股份和瑞华泰。图图 4：全球主要全球主要 PI 厂商厂商 资料来源：各公司官网，天风证券研究所绘制 1.2.PI 核心性能优势：核心性能优势：柔性，耐高温，绝缘柔性，耐高温，绝缘 PI 材料材料综合性能综合性能优异优异。PI 材料具有优异的热稳定性，在-269260温度范围内可长期使用，短期使用温度达 400450，开始分解温度一般在 500左右；良好的机械性能，均苯型 PI 薄膜拉伸强度达 250MPa，联苯型 PI 薄膜拉伸强度达 530MPa；具有低热膨胀系数，热膨胀系数一般在(23)10-5/；联苯型的可达 10-6/；具有良好的介电性，其介电常数一般在 3.4 左右，介电强度为 100300kV/mm，体积电阻为 1017cm，介电损耗为10-3。行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 9 表表 1：PI 材料的性质材料的性质 PI 性质性质 说明说明 耐高温 分解温度超过 500，联苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺分解温度可达 600 耐低温 在-269的液氦中不会脆裂 机械强度高 均苯型聚酰亚胺的薄膜(Kapton)为 250MPa，联苯型聚酰亚胺薄膜(Upilex S)可达到 530MPa 耐稀酸性 通常不溶于有机溶剂，具有稳定的耐稀酸性 低热膨胀系数 热膨胀系数一般在(23)10-5/；联苯型的可达 10-6/耐辐照 高强度的辐照后其薄膜也能保持 90%的性能 介电性好 介电常数一般在 3.4 左右，介电强度为 100300 kV/mm，体积电阻为 1017cm，介电损耗为 10-3 自熄阻燃 其发烟率极低，极高真空下放气量很少 无毒 部分聚酰亚胺具有良好的生物相容性 资料来源：聚酰亚胺的发展及性能分析田帅，天风证券研究所 1.3.PI 薄膜薄膜材料性能优势显著，电子应用领域广泛材料性能优势显著，电子应用领域广泛 PI 薄膜薄膜是是目前世界上性能最好的薄膜类绝缘材料之目前世界上性能最好的薄膜类绝缘材料之一一。PI 材料中，PI 薄膜具备高强度高韧性、耐磨耗、耐高温、防腐蚀等特殊性能，已经成为电子和电机两大领域上游重要原料之一。PI 薄膜按照用途分为以绝缘和耐热为主要性能指标的电工级和赋有高挠性、低膨胀系数等性能的电子级。用于电子信息产品中的电子级 PI 薄膜作为特种工程材料，被称为“黄金薄膜”。电子级电子级 PI 薄膜具有广泛的应用场景薄膜具有广泛的应用场景。由于聚酰亚胺 PI 在性能和合成方面的突出优点，电子级 PI 薄膜的主要应用包括：柔性基板和盖板材料、COF 柔性基板、FPC 基板和覆盖层材料、石墨散热片的原膜材料和 5G 应用的 MPI 等。1.4.PI 合成工艺和路线合成工艺和路线：两步法是常用方式：两步法是常用方式 聚酰亚胺的合成方法主要分为一步法聚酰亚胺的合成方法主要分为一步法、两步法两步法和三步法和三步法。其中，两步法是常用的合成方法，三步法较为新颖，逐渐受到关注。一步法一步法：最早的合成方法，反应溶剂选择是关键：最早的合成方法，反应溶剂选择是关键。一步法是二酐和二胺在高沸点溶剂中直接聚合生成聚酰亚胺，即单体不经由聚酰胺酸而直接合成聚酰亚胺该发的反应条件比热处理要温和，关键要选择合适的溶剂。两步法两步法：现在常用的合成方法，化学亚胺化法是核心技术：现在常用的合成方法，化学亚胺化法是核心技术。两步法是先由二酐和二胺获得前驱体聚酰胺酸，再通过加热或化学方法，分子内脱水闭环生成聚酰亚胺。1）热法是将聚酰胺酸高温，使之脱水闭环亚胺化，制成薄膜。2）化学亚胺化法，是在将温度保持在-5以下的聚酰胺酸溶液中加入一定量脱水剂和触媒，快速混合均匀，加热到一定温度使之脱水闭环亚胺化，制成薄膜。在制造聚酰亚胺薄膜时，相比于化学亚胺化法，热亚胺化法的工艺过程与设备较简单。通常化学亚胺化法的产能高，且所得薄膜的物化性能好，但在我国几乎所有厂家均采用热亚胺化法。二步法工艺成熟，但聚酰胺酸溶液不稳定，对水汽很敏感，储存过程中常发生分解。三步法三步法：逐渐受关注的新颖合成方法：逐渐受关注的新颖合成方法。三步法是经由聚异酰亚胺结构稳定，作为聚酰亚胺的先母体，由于热处理时不会放出水等低分子物质，容易异构化成酰亚胺，能制得性能优良的聚酰亚胺。该法较新颖，正受到广泛关注。行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 10 图图 5：PI 合成方法（合成方法（Kapton，两步法），两步法）资料来源：Encyclopedia of Polymeric Nanomaterials-Polyimide Synthesis-Mary Ann B.Meador、天风证券研究所 图图 6：PI 合成工艺路线简图合成工艺路线简图 资料来源：新材料在线，天风证券研究所 PI 薄膜的涂膜方法按其工艺的不同可分为浸渍法、流延法和双向拉伸法薄膜的涂膜方法按其工艺的不同可分为浸渍法、流延法和双向拉伸法。其中双向拉伸法制备的薄膜性能最佳，且工艺难度大，具有很高的技术壁垒。浸渍法浸渍法：最早的薄膜制备方法，制备简单，但经济性差。：最早的薄膜制备方法，制备简单，但经济性差。浸渍法即铝箔上胶法，是最早生产 PI 薄膜的方法之一，生产工艺简单，操作方便。但也有一些不足之处：（1）采用铝箔为载体，生产需消耗大量铝箔；（2）使用的 PAA 溶液固含量小（8.0%-12.0%），需消耗大量溶剂；（3）薄膜剥离困难，表面常粘有铝粉，产品平整度差；（4）生产效率低，成本高等。流延法流延法：国内国内 PI薄膜的主流制造方式薄膜的主流制造方式。流延法制得的 PI 薄膜（PAA 固含量 15.0%-50.0%）均匀性好，表面平整干净，薄膜长度不受限制，可以连续化生产，薄膜的电气性能和机械性能较浸渍法有所提高。双向拉伸法双向拉伸法：高性能薄膜的制备工艺。：高性能薄膜的制备工艺。双向拉伸法与流延法类似，但需要双轴定向，即纵向定位和横向定位，纵向定位是在 30-260温度条件下对 PAA 薄膜（固含量15.0%-50.0%)进行机械方向的单点定位，横向定位是将 PAA 薄膜预热后进行横向扩幅定位、亚胺化、热定型等处理。采用该法制备的 PI 薄膜与流延法相比，物理性能、电气性能和热稳定性都有显著提高。行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 11 表表 2：国产国产 PI 薄膜与进口薄膜与进口 PI 薄膜的参数对比薄膜的参数对比 项目项目 浸渍法浸渍法 流延法流延法 双轴定向法双轴定向法 进口薄膜进口薄膜 产品厚度/m 3080 2580 12125 7.5125 结晶度，%12.5 13 15.6 18.0 结晶取向，%58 60 78 82 双折射率 0.04 0.06 0.1 0.11 拉伸强度/Mpa 135 152 175 180 资料来源：聚酰亚胺薄膜的国内外开发进展潘晓娣，天风证券研究所 1.5.PI 材料材料行业核心壁垒行业核心壁垒高高：设备、工艺、资金、人才：设备、工艺、资金、人才 制备工艺复杂，核心技术被寡头公司垄断制备工艺复杂，核心技术被寡头公司垄断。制造工艺复杂、生产成本高（单体合成、聚合方法）、技术工艺复杂、技术难度较高，且核心技术掌握在全球少数企业中，呈现寡头垄断的局面，行业寡头对技术进行严密封锁。投资风险高、压力大投资风险高、压力大。PI 膜的投资规模相对较大，一条产线需要 2-3 亿元人民币的投资，对于国内以民营为主的企业来说，其高风险和长投资周期的压力较大。生产设备生产设备定制化程度高定制化程度高。以 PI 薄膜为例，PI 膜的生产参数与下游材料具体需求关系紧密，对下游的稳定供应需要公司定制专门的设备，但设备定制周期较长，工艺难度大、定制化程度高。技术人才稀缺技术人才稀缺。具备 PI 膜生产能力的研发和车间操作人员需要较高的理论水平和长期的研发实践，难以速成。尽管 PI 膜技术壁垒较高，但随着中国半导体产业的发展，以及柔性 OLED 手机和 5G 应用的需求拉动，现阶段成了国产替代发展的重要机遇。表表 3：PI 膜主要技术壁垒膜主要技术壁垒 技术壁垒技术壁垒 具体内容具体内容 设备定制周期产 核心设备采购主要来自海外，采购周期约 18-24 个月 工艺难度大 PI 膜设备难度较大，亚胺化工艺化学法的突破是普遍难题 定制化程度高 不同的行业和客户对 PI 膜参数和工艺的需求不同，须通过反复调试和技术攻关才有望获得量产。且下游电子和通信等高端市场对产品质量要求极为苛刻，不能保证稳定量产则难以获得客户认可 技术人才稀缺 具备 PI 膜生产能力的研发和车间操作人员需要较高的理论水平和长期的研发实践，难以速成 资料来源：前瞻产业研究院，天风证券研究所 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 12 图图 7：全球聚酰亚胺薄膜主要制造厂商的部分产能数据：全球聚酰亚胺薄膜主要制造厂商的部分产能数据 资料来源：聚酰亚胺产业专利态势分析郑凯，天风证券研究所 1.6.PI 产业新方向：轻薄、低温、低介电常数、透明、可溶、低膨胀等产业新方向：轻薄、低温、低介电常数、透明、可溶、低膨胀等 1.6.1.方向方向 1：低温合成聚酰亚胺：低温合成聚酰亚胺 PI 一般情况下，PI 通常由二胺和二酐反应生成其预聚体聚酰胺酸(PAA)后，必须在高温（300）下才能酰亚胺化得到，这限制了它在某些领域的应用。同时，PAA 溶液高温酰亚胺化合成 PI 过程中易产生挥发性副产物且不易储存与运输。因此研究低温下合成 PI 是十分必要。目前改进的方法有：1）一步法；2）分子设计；3）添加低温固化剂。表表 4：低温合成低温合成 PI 的方法的方法 方法方法 优点优点 缺点缺点 备注备注 一步法 合成简单 使用的高沸点溶剂大多含有致癌物质，不利于大规模生产成薄膜或纤维，同时合成的 PI 的热稳定性相对下降 需要柔性的二酐或二胺，关键在于选择合适的溶剂 分子设计 可进行分子设计调控反应温度 不适用于均苯型 PI 和联苯型 PI 在分子链中引入特定结构，增加分子链的活动性，降低链间的相互作用力 添加低温固化剂 可低温（200）反应，缩短固化时间，适用于流水线上大规模生产操作，具有不伴随交联或降解 用量较大时会影响材料的性能-资料来源：聚酰亚胺薄膜的国内外开发进展潘晓娣，低温制备聚酰亚胺的研究进展张晶晶，天风证券研究所整理 1.6.2.方向方向 2：薄膜轻薄均匀化：薄膜轻薄均匀化 为满足下游应用产品轻、薄及高可靠性的设计要求，聚酰亚胺 PI 薄膜向薄型化发展，对其厚度均匀性、表面粗糙度等性能提出了更高的要求。PI 薄膜关键性能的提高不仅依赖于树脂的分子结构设计，薄膜成型技术的进步也至关重要。目前 PI 薄膜的制备工艺主要分为：1）浸渍法；2）流延法；3）双轴定向法。行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 13 图图 8：PI 薄膜制备工艺发展历程薄膜制备工艺发展历程 资料来源：国内聚酰亚胺薄膜发展概况冯俊杰，天风证券研究所绘制 伴随着宇航、电子等工业对于器件减重、减薄以及功能化的应用需求，超薄化是 PI 薄膜发展的一个重要趋势。按照厚度（d）划分，PI 薄膜一般可分为超薄膜（d8 m）、常规薄膜（8 md50 m，常见膜厚有 12.5、25、50 m）、厚膜（50 md125 m，常见厚度为 75、125 m）以及超厚膜（d125 m）。目前，制备超薄 PI 薄膜的方法主要为可溶性 PI 树脂法和吹塑成型法。可溶性聚酰亚胺树脂法可溶性聚酰亚胺树脂法：传统的 PI 通常是不溶且不熔的，因此只能采用其可溶性前躯体 PAA 溶液进行薄膜制备。而可溶性 PI 树脂是采用分子结构中含有大取代基、柔性基团或者具有不对称和异构化结构的二酐或二胺单体聚合而得的，其取代基或者不对称结构可以有效地降低 PI 分子链内或分子链间的强烈相互作用，增大分子间的自由体积，从而有利于溶剂的渗透和溶解。与采用 PAA 树脂溶液制备 PI 薄膜不同，该工艺首先直接制得高分子量有机可溶性 PI 树脂，然后将其溶解于 DMAc 中配制得到具有适宜工艺黏度的 PI 溶液，最后将溶液在钢带上流延、固化、双向拉伸后制得 PI 薄膜。吹塑成型法吹塑成型法：吹塑成型制备通用型聚合物薄膜的技术已经很成熟，可通过改变热空气流速度等参数方便地调整薄膜厚度。该装置与传统的吹塑法制备聚合物薄膜在工艺上有所不同，其薄膜是由上向下吹塑成型的。该工艺过程的难点在于聚合物从溶液向气泡的转变，以及气泡通过压辊形成薄膜的工艺。但该工艺可直接采用商业化聚酰胺酸溶液或 PI 溶液进行薄膜制备，且最大程度上避免了薄膜与其他基材间的物理接触；轧辊较钢带更易于进行表面抛光处理，更易实现均匀加热，可制得具有高强度、高耐热稳定性的 PI 超薄膜。图图 9：可溶性聚酰亚胺树脂法：可溶性聚酰亚胺树脂法制备超薄制备超薄 PI 薄膜工艺薄膜工艺 图图 10：吹塑成型法：吹塑成型法制备超薄制备超薄 PI 薄膜工艺薄膜工艺 资料来源：超薄聚酰亚胺薄膜研究与应用进展刘金刚，天风证券研究所 资料来源：超薄聚酰亚胺薄膜研究与应用进展刘金刚，天风证券研究所 1.6.3.方向方向 3：低介电常数低介电常数材料材料 随着科学技术日新月异的发展，集成电路行业向着低维度、大规模甚至超大规模集成发展的趋势日益明显。而当电子元器件的尺寸缩小至一定尺度时，布线之间的电感-电容效应 行业报告行业报告|行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 14 逐渐增强，导线电流的相互影响使信号迟滞现象变得十分突出，信号迟滞时间增加。而延迟时间与层间绝缘材料的介电常数成正比。较高的信号传输速度需要层间绝缘材料的介电常数降低至 2.02.5（通常 PI 的介电常数为 3.03.5）。因此，在超大规模集成电路向纵深发展的大背景下，降低层间材料的介电常数成为减小信号迟滞时间的重要手段。目前，降低 PI 薄膜介电常数的方法分为四类：1）氟原子掺杂；2）无氟/含氟共聚物；3）含硅氧烷支链结构化；4）多孔结构膜 1.氟原子掺杂：氟原子掺杂：氟原子具有较强的电负性,可以降低聚酰亚胺分子的电子和离子的极化率,达到降低介电常数的目的。同时,氟原子的引入降低了分子链的规整性,使得高分子链的堆砌更加不规则,分子间空隙增大而降低介电常数。2.无氟无氟/含氟共聚物含氟共聚物：引入脂肪族共聚单元能有效降低介电常数。脂环单元同样具有较低的摩尔极化率，又可以破坏分子链的平面性，能同时抑制传荷作用和分子链的紧密堆砌，降低介电常数；同时，由于 C-F 键的偶极极化能力较小，且能够增加分子间的空间位阻，因而引入 C-F 键可以有效降低介电常数。如引入体积庞大的三氟甲基，既能够阻止高分子链的紧密堆积，有效地减少高度极化的二酐单元的分子间电荷传递作用，还能进一步增加高分子的自由体积分数，达到降低介电常数的目的。3.含硅氧烷支链结构化含硅氧烷支链结构化：，笼型分子聚倍半硅氧烷（POSS）具有孔径均一、热稳定性高、分散性良好等优点。POSS 笼型孔洞结构顶点处附着的官能团，在进行聚合、接枝和表面键合等表面化学修饰后，可以一定程度地分散到聚酰亚胺基体中，形成具有孔隙结构的低介电常数复合薄膜。4.多孔结构膜：多孔结构膜：由于空气的介电常数是 1，通过在聚酰亚胺中引入大量均匀分散的孔