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1、前言
市场对MLCC国产替代机遇带来的增长空间认知不足。随着我国终端厂商的崛起和通信体制升级,MLCC市场将长期受益于5G带来的海量市场需求:基站建设加速、5G智能手机出货量提升和“万物互联”时代开启均极大提高了MLCC的市场需求。但受日系厂商转产高端MLCC、其他厂商产能扩张未及时到位的影响,常规型号MLCC一度出现供不应求的情况。
同时,随着中美关系日趋紧张以及《中国制造》的提出,我国核心零部件国产化进程进一步提速,国产替代成为我国工业强基的必经之路。三环集团年报指出,以最近三年每年平均进口MLCC数量2.4万亿只测算,若国产厂商能替代进口量的50%(1.2万亿只),国产替代市场规模将高达.1亿元。我国大陆的风华高科、三环集团、宇阳科技等国产厂商在国产替代浪潮中纷纷选择扩产,顺应时代趋势,弥补日韩产能缺口,从普通规格打开市场,或将实现全球份额弯道超车。
市场对国内企业的成长性认知不足。国产替代带来机遇的同时,国内企业纷纷提高研发投入,布局高端产品。虽仍与第一梯队的日系厂商在核心技术上有差距,但也有所成长。风华高科作为国内龙头企业目前已经可以生产-全尺寸的MLCC,且在高容高压领域双双突破,三环集团、火炬电子也在持续加大对高端MLCC的研发投入。面对5G带来的巨大市场潜力,除了在现有产品上的积极扩产外,持续对高端产品进行研发和生产将成为国内企业更为长远的发展动力。
2.技术端:电子元件中的“皇冠”,粉体、工艺筑高行业壁垒
2.1被动元件应用广泛,陶瓷电容器优势凸显
电子元器件按照是否影响电信号特征,分成主动元件和被动元件。绝大部分电子产品都需要使用到主动元件和被动元件。主动元件指当获得能量供给时能够实现对电信号激发放大、振荡、控制电流或能量分配等主动功能,甚至执行数据运算、处理的有源元件,如各式各样的晶体管、集成电路、影像管和显示器等;被动元件即无法对电信号进行放大、振荡、运算等处理和执行,仅具备响应功能且无需外加激励单元的无源器件。
被动元件以电路类器件为主,广泛应用于消费电子、汽车电子等领域。按照所担当的电路功能,被动元件可分为电路类器件和连接类器件,其中电路类器件主要包含电阻、电容和电感,占被动元件总产值近90%。被动元件是电子产品必不可少的部件,广泛应用于网络通信、汽车、电力与工业控制等领域。
电容器是最常用的被动元件之一,陶瓷电容市占居首位。电容器是拥有旁路、储能、去耦等功能的被动电子元件,根据中国产业信息网数据,年电容产值占被动元件总产值的66%。电容器按照介质材料的不同可分为陶瓷电容、铝电解电容、钽电解电容、薄膜电容和其他电容。其中陶瓷电容因体积小、介质损耗小、相对价格低等独特优势,年占整个电容市场份额的43%,排名第一。陶瓷电容由于结构差异,可被分成单层陶瓷电容、引线式多层陶瓷电容和片式多层陶瓷电容(MLCC)。
2.2MLCC向“五高一小”演进,性能优异成就“电子工业大米”
规格分高端和普通规格,面向不同应用领域。MLCC由内部电极、涂层、端电极和陶瓷介质构成,因材料、工艺、性能的不同,可分为高端规格和普通规格。高端规格的堆叠层数一般大于,与普通规格相比具有高容值、高耐压、高温稳定及体积更小等特质,主要应用于手机等超小型领域(常见尺寸有、和)或者材料要求较高的汽车、航空航天等高压高容领域;普通规格常见尺寸有、等,主要应用在消费类电子及一般工业领域中。
MLCC未来将向“五高一小”方向发展。目前MLCC主要朝着小型化、高容量化、高频化、耐高温、耐高电压、高可靠性的方向发展。1)小型化:电子产品朝着小型化的方向发展,促使M()等小尺寸MLCC产品占比逐年升高。2)高容量化:MLCC具备稳定的电性能、无极性、高可靠性等优点,其材料和加工技术朝着高容量化的方向发展,有助于推动MLCC替代钽电解电容。3)高频化、耐高温:MLCC的工作频率已进入到毫米波频段范围。常用MLCC的最高工作温度是℃,满足特种电子设备极限工作环境的MLCC工作温度也逐步提高至℃。4)耐高电压、高可靠性:军民用电源系统以及汽车电子系统,都需要高可靠的耐高电压、耐大电流的多层陶瓷电容器。
MLCC性能优异,市场份额一骑绝尘。与单层陶瓷电容器相比,多层陶瓷电容器采用多层堆叠工艺,在元件个数与体积基本保持不变的条件下,能满足电子产品的更高容量要求。此外,陶瓷高温烧结等工艺使得MLCC结构更为致密,耐电性能更加出色。随着材料更新换代,MLCC的低等效串联电阻(ESR)能够加速实现,减少元件由于自身发热而产生的热能浪费,将更多的能量集中到电子设备中,从而提高运行效率,使得MLCC高频性能逐渐凸显。得益于“五高一小”的发展趋势,年MLCC占整个陶瓷电容器市场的份额达到了93%,成为了世界上用量最大,发展最快的片式电子元件之一。
2.3陶瓷粉体、制造工艺共筑两大技术壁垒
(1)陶瓷粉体壁垒
粉体对MLCC性能至关重要,成本结构向陶瓷粉体倾斜。MLCC产业链上游主要涵盖陶瓷粉体原材料与内外电极金属材料,其中陶瓷粉体的细微度、均匀度和可靠性直接决定了MLCC产品的尺寸、电容量和性能稳定性。MLCC陶瓷粉体以钛酸钡为主要原材料,其成本在高容与低容MLCC成本结构中均占据较大比例,分别为35-45%、20-25%。钯早期作为MLCC内部电极的原材料,由于价格上涨,最终被贱金属(镍、铜等)取代,内电极成本占比有所降低。
水热法制备钛酸钡粉体为主流。MLCC配方粉用于构成C0G、X7R、X5R和Y5V等不同温度特性的介质材料,主要由钛酸钡基础粉和改性添加剂混合而成。钛酸钡粉体有多种制备方法,制备方法的不同决定了粉体材料的性质差异,其中水热法生产的粉料颗粒均匀,性质稳定,适用于MLCC产品,具备较强的竞争优势。
陶瓷粉体核心技术被日美垄断,粉体自制是进口替代重要突破口。目前全球MLCC粉体材料的供应呈现寡头垄断格局,核心技术主要由日系厂商掌握。根据《全球石油和化工经济分析》数据,65%的电子陶瓷粉体市场份额被日本生产商占据,其中日本堺化学占比27%,是全球最大的陶瓷粉体生产商;美国Ferro紧随其后,全球市场份额为19%。面对全球陶瓷粉体垄断局面,国内厂商正加大研发力度、持续技术创新,追赶市场份额。目前,国瓷材料是全球第二家成功使用水热法制备钛酸钡粉体的厂家,已掌握瓷粉水热法合成技术、纳米分散技术和包覆技术等,在全球陶瓷粉体市场中拥有11%的市场份额,在中低端MLCC粉体供应上实现了一定的国产替代;其他国内厂商,如三环集团目前已具备一定的自产自用陶瓷粉体能力。
(2)制造工艺壁垒
MLCC制造工艺多样,流程复杂。MLCC的制造工艺包括干式流延工艺、湿式印刷工艺和瓷胶移膜工艺。干式流延工艺主要是将陶瓷粉料与各类试剂混合成浆料,在真空的环境中,形成厚度均匀的浆料层。浆料层在张力的作用下形成光滑的表面,并在干燥后形成膜带。最后经过内部电极印刷、堆叠、层压、切割、烧结等一系列流程形成电容器芯片。该工艺投资小、生产效率高,被国内制造厂商普遍采用。但由于干式流延工艺生产出的产品可靠性较低,同时消费市场对MLCC产品功能和特性要求进一步提升,制造技术有向湿式印刷工艺和瓷胶移膜工艺转移的趋势,这两种工艺目前仅被美、英等少数国家掌握。其中叠层印刷、共烧技术难度较大,成为制造工艺核心技术壁垒。
在叠层印刷方面:由于电容量与堆叠层数成正比,与单层介质厚度成反比,因此高比容的MLCC要求更多的堆叠层数及相应的叠层印刷技术,如何使、等小尺寸MLCC提升电容量是工业界的一大难题。日本公司已在0.7μm的薄膜介质上成功堆叠层,生产出μF电容量的MLCC,相比于钽电容器具备更宽的工作温度范围(-55℃~℃)与更低的ESR值。国内MLCC龙头风华高科在3μm厚的薄膜介质上烧结成瓷形成2μm介质厚度的MLCC,层数堆叠-层,技术水平与台湾厂商相近,仍落后于日韩先进厂商。国内其他MLCC企业的技术能做到约-层,远落后于世界一流,且加工精度稍有欠缺,这与加工设备的自动化程度、精度相关。因此国内MLCC厂商在高端产品的制备上仍与日系厂商有较大差距。
在共烧技术方面:MLCC元件由多层陶瓷介质印刷内电极浆料叠合共烧而成,陶瓷介质和内电极金属的热收缩率不同,在高温下容易分层、开裂,这一现象即为陶瓷粉料和金属电极的共烧问题。好的共烧技术可以生产出更低介质厚度(2μm以下)、更高层数(层以上)的MLCC。日本厂商的MLCC设备世界领先,拥有各种氮气氛窑炉(钟罩炉和隧道炉),而且在自动化、加工精度方面也大幅领先。
国产厂商生产设备依赖进口,扩产需匹配相应设备。在制造过程中,制造厂商不仅需要满足粉体加工所要求的极高微细度和均匀度,还要通过对材料与工艺的理解来定制专用生产设备。而我国厂商专业设备主要依赖于日本进口,进口设备交付期较长,再加上疫情影响,设备交付周期可能继续延长。同时,日本最先进的生产设备不会出口,这导致技术差距难以在短期内弥补。因此,国内厂商产能扩张受设备制约影响较大。
3.市场空间:多维助力,市场规模迈上新台阶
3.1全球市场千亿级别,国内市场增速领先
全球市场增势不减,中国市场增速领先全球。中国电子元件行业协会预测,年全球MLCC市场规模为亿美元,预计年市场规模将超过亿美元,年复合增长率为3.5%。中国作为全球最大的消费电子制造国,MLCC需求有望在5G时代稳步增长,据中国电子元件行业协会预测,到年中国MLCC市场规模约为亿元,年复合增长率将达到5%,增速高于全球平均水平。
3.2全方位助力,MLCC市场潜力静待释放
MLCC性能优异,市场空间进一步扩大。MLCC凭借其体积小、寿命长、稳定性高、工作温度范围宽以及容值不断突破的优势,被越来越多的应用在电路设计中。目前MLCC主要应用于通信、消费电子、汽车及军工等领域,下游市场的需求增长支撑MLCC市场空间不断扩大。
通信:年5G建设加速,基站作为5G产业链的上游率先放量,与4G基站相比,5G基站的建设量更大,单基站MLCC用量更多,双重因素叠加带来基站端需求持续走高。根据太阳诱电