&

OLED背后的“男人”——電子陶瓷

2017-04-13 13:45:03 作者：本網(wǎng)整理來源：熱噴涂與再制造分享至：

    電子陶瓷是指在電子工業(yè)中能夠應(yīng)用電、磁性質(zhì)的陶瓷。電子陶瓷屬于無機(jī)多晶體，微觀結(jié)構(gòu)上是介乎單晶與玻璃之間的一類物質(zhì)，陶瓷內(nèi)部之間是由離子鍵和共價(jià)鍵所結(jié)合。通過精密控制陶瓷的表面、晶界和尺寸結(jié)構(gòu)可以使陶瓷獲得新功能。電子陶瓷具有高熔點(diǎn)、硬度高和彈性模量大等特點(diǎn)，能夠耐高溫、磨損和氧化腐蝕，化學(xué)穩(wěn)定性好。

    電子陶瓷（electronic ceramics）是指具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)而在電子、通訊、自動(dòng)化、能源轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)等領(lǐng)域起關(guān)鍵作用的一類先進(jìn)陶瓷材料。按應(yīng)用范圍可分為固定用陶瓷、電真空陶瓷、電容器陶瓷和電阻陶瓷。

    一、全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

    1.市場(chǎng)規(guī)模

    近年來，隨著通信、計(jì)算機(jī)、電子儀表、家用電器等下游應(yīng)用的快速發(fā)展，電子陶瓷元器件的市場(chǎng)規(guī)模日益增長(zhǎng)。據(jù)第三方機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)，全球電子陶瓷的市場(chǎng)規(guī)模將由2011年的1 300億美元左右，增長(zhǎng)至2015年的2 100億美元左右，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到14%（圖1）。

圖1 全球電子陶瓷市場(chǎng)規(guī)模和增速（億美元）

2.主要生產(chǎn)國(guó)

由于較高的技術(shù)壁壘，電子陶瓷行業(yè)長(zhǎng)期被日本、美國(guó)以及一些具有獨(dú)特技術(shù)的歐洲公司所壟斷。其中，日本電子陶瓷材料門類最多、產(chǎn)量最大、應(yīng)用領(lǐng)域最廣、綜合性能最優(yōu)，占據(jù)全球電子陶瓷市場(chǎng)50%的份額，在無鉛壓電陶瓷研發(fā)上，日本論文和專利數(shù)量最多。美國(guó)在電子陶瓷的技術(shù)研發(fā)方面走在世界前列，但是產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用落后于日本，大部分技術(shù)停留在實(shí)驗(yàn)室階段。美國(guó)電子陶瓷產(chǎn)品約占世界市場(chǎng)份額的30%，居全球第2位（圖2）。歐盟主要大力發(fā)展降低消費(fèi)型環(huán)境負(fù)荷的陶瓷材料。我國(guó)電子陶瓷產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，但與日本和美國(guó)等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，尚屬起步階段。

圖2 全球電子陶瓷市場(chǎng)份額

3.電子陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈

電子陶瓷產(chǎn)業(yè)的上游包括電子陶瓷基礎(chǔ)粉、配方粉等；下游應(yīng)用行業(yè)包括消費(fèi)電子類產(chǎn)品、通信通訊、汽車工業(yè)、數(shù)據(jù)傳輸以及其他電子類產(chǎn)品等，主要用于各類電子整機(jī)中的振蕩、耦合、濾波等電路中。中游是電子陶瓷材料及其元器件，主要包括：光纖陶瓷插芯、陶瓷封裝基座、陶瓷基片、陶瓷基體、接線端子、片式多層陶瓷電容器陶瓷、微波介質(zhì)陶瓷等（圖3）。

圖3 電子陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈

    二、主要細(xì)分領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀

    1. 電子陶瓷粉體

    電子陶瓷粉體是制造陶瓷元器件最主要的原料，其核心要求在于純度、顆粒大小和形狀等。高純、超細(xì)、高性能陶瓷粉體制造技術(shù)和工藝是制約我國(guó)電子陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。這一技術(shù)基本掌握在日本、美國(guó)等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家。目前國(guó)際上最新的陶瓷粉體制備技術(shù)是超高溫技術(shù)，日本在超高溫技術(shù)方面占據(jù)全球領(lǐng)先地位。我國(guó)電子陶瓷急需的粉體主要依賴進(jìn)口。

    以片式多層陶瓷電容器（Multi-layer ceramic capacitors，MLCC）陶瓷粉體材料為例，其生產(chǎn)全球集中度較高。2013年全球MLCC陶瓷粉產(chǎn)量接近5萬t，并且正以每年8%的復(fù)合增速增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)以12%的復(fù)合速度增長(zhǎng)。據(jù)《中國(guó)石油和化工經(jīng)濟(jì)分析》報(bào)道，全球超過70%的MLCC陶瓷粉體材料由日本企業(yè)壟斷。日本堺化學(xué)（Sakai）是全球最大的電子陶瓷粉體材料生產(chǎn)廠商，美國(guó)Ferro及日本化學(xué)NCI分別列第2和第3位（圖4）。

    我國(guó)的國(guó)瓷材料在陶瓷粉生產(chǎn)技術(shù)和市場(chǎng)方面處于領(lǐng)先地位，掌握了瓷粉水熱法合成技術(shù)、納米分散技術(shù)和包覆技術(shù)，主要產(chǎn)品有MLCC配方粉、微波介質(zhì)瓷粉、納米復(fù)合氧化鋯、高純超細(xì)氧化鋁等，占據(jù)全球市場(chǎng)10%左右的份額和國(guó)內(nèi)80%的市場(chǎng)份額。此外，風(fēng)華高科也具備MLCC配方粉的生產(chǎn)能力；三環(huán)集團(tuán)具備添加劑的生產(chǎn)能力，但僅自產(chǎn)自用，不對(duì)外銷售；火炬電子開始研發(fā)瓷粉配方以及超精細(xì)制作工藝。國(guó)內(nèi)企業(yè)的持續(xù)創(chuàng)新，改變高可靠MLCC及其原材料大量依靠進(jìn)口的局面。

圖4 全球主要電子陶瓷粉生產(chǎn)企業(yè)市場(chǎng)份額

    2.電子陶瓷材料及元器件

    （1）高壓陶瓷

    超、特高壓交直流用棒形支柱絕緣子和瓷套（空心絕緣子）是超、特高壓交直流電網(wǎng)輸變電用的關(guān)鍵元件。2011年，國(guó)際棒瓷產(chǎn)業(yè)規(guī)模約30億元，瓷套產(chǎn)業(yè)規(guī)模約有40億～45億元；國(guó)內(nèi)棒瓷總產(chǎn)值約10億元、瓷套總產(chǎn)值約15億元由于發(fā)達(dá)國(guó)家電瓷市場(chǎng)日漸飽和以及生產(chǎn)成本大幅增加，日本、美國(guó)及歐洲很多電瓷廠先后轉(zhuǎn)產(chǎn)或限產(chǎn)。

    目前，國(guó)外棒瓷生產(chǎn)企業(yè)主要有日本有特殊陶業(yè)株式會(huì)社（NGK）和美國(guó)拉普公司，瓷套生產(chǎn)企業(yè)主要是NGK和美國(guó)PPC公司。國(guó)內(nèi)棒瓷生產(chǎn)企業(yè)比較分散，唐山電瓷以110kV及以上棒形支柱絕緣子為主，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到33.01%；撫順高科則以550kV棒形產(chǎn)品為主；西安電瓷研究所、中材高新材料股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中材高新”）中材高新等重點(diǎn)關(guān)注1 100kV等特高壓產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)瓷套生產(chǎn)集中度較高，華鑫電瓷電器有限公司、撫順高科電瓷電氣制造有限公司（以下簡(jiǎn)稱“撫順高科”）、西安西電高壓電瓷有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“西安電瓷”）和撫順電瓷制造有限公司占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額的近70%。但國(guó)內(nèi)低壓瓷套產(chǎn)能過剩，特高壓瓷套無法滿足正常需求，750kV及以上無機(jī)粘接空心瓷絕緣子主要依靠進(jìn)口。唐山高壓電瓷有限公司、撫順高科、西安電瓷、中材高新已經(jīng)研發(fā)出363kV和550kV空心瓷絕緣子。

    （2）光纖陶瓷插芯

    光纖陶瓷插芯是光纖連接器的核心部件，廣泛應(yīng)用于通信、局域網(wǎng)、光纖到戶、高質(zhì)量視頻傳輸、光纖傳感、測(cè)試儀器儀表等。根據(jù)中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2013年全球陶瓷插芯市場(chǎng)規(guī)模約2.9億美元（約合18億元），預(yù)計(jì)到2018年全球陶瓷插芯市場(chǎng)規(guī)模約4.4億美元（約27億元）。

    全球主要光纖陶瓷插芯生產(chǎn)企業(yè)有中國(guó)的三環(huán)集團(tuán)、深圳太辰光通信有限公司，日本京瓷株式會(huì)社（以下簡(jiǎn)稱“京瓷”）、日本Adamant，韓國(guó)大源以及臺(tái)灣富士康科技集團(tuán)等。三環(huán)集團(tuán)占據(jù)光纖陶瓷插芯行業(yè)絕對(duì)龍頭。2013年我國(guó)陶瓷插芯產(chǎn)量（含在華外企）接近全球總產(chǎn)量的93%，三環(huán)集團(tuán)占據(jù)40%以上的市場(chǎng)份額。

    （3）燃料電池陶瓷隔膜板

    燃料電池隔膜板是固體氧化物燃料電池的核心部件，其主要作用是在陰極與陽極之間傳遞氧離子和對(duì)燃料及氧化劑進(jìn)行有效隔離。美國(guó)布盧姆能源公司（Bloom Energy）是全球最大的固體氧化物燃料電池生產(chǎn)商，而三環(huán)集團(tuán)是布盧姆能源燃料電池隔膜板的核心供應(yīng)商，占其燃料電池隔膜板采購份額的70%。

    （4）SMD陶瓷封裝基座

    SMD陶瓷封裝基座主要用于石英晶體振子芯片和聲表面波芯片的封裝。根據(jù)中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，2013年全球陶瓷封裝基座的市場(chǎng)規(guī)模約為9.5億美元（約合人民幣57億元），預(yù)計(jì)2017年將達(dá)到65億元。陶瓷封裝基座的生產(chǎn)工藝中，陶瓷生片沖孔、氣氛保護(hù)燒結(jié)等工藝環(huán)節(jié)具有較高的技術(shù)壁壘，全球市場(chǎng)長(zhǎng)期被日本企業(yè)壟斷，我國(guó)陶瓷基座供應(yīng)長(zhǎng)期依賴進(jìn)口。

    全球陶瓷封裝基座的主要生產(chǎn)企業(yè)有日本京瓷、美國(guó)洛泰克（NTK）公司和三環(huán)集團(tuán)。2013年，這3家企業(yè)分別占據(jù)陶瓷封裝基座市場(chǎng)的68%、28.6%和3.4%。日本京瓷是陶瓷封裝基座市場(chǎng)的絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)者，其全球市場(chǎng)份額曾一度高達(dá)80%，并憑借其壟斷地位長(zhǎng)期享受極高毛利水平。三環(huán)集團(tuán)已掌握陶瓷封裝基座的工藝技術(shù)，2013年全球市場(chǎng)份額約3.4%，未來將加快通用產(chǎn)品向小型化產(chǎn)品等高端領(lǐng)域的延伸。

    （5）氧化鋁陶瓷基片

    氧化鋁陶瓷基片是片式電阻的核心部件。根據(jù)中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2013年全球陶瓷基片市場(chǎng)規(guī)模約1.57億美元（約合10.7億元人民幣），全球陶瓷基片的市場(chǎng)銷售規(guī)模有望保持4%左右的增長(zhǎng)，到2017年達(dá)到約1.84億美元（約合12億元人民幣）的規(guī)模。

    目前氧化鋁陶瓷基片的主要供應(yīng)商包括日本丸和、NCI、三環(huán)集團(tuán)、臺(tái)灣九豪等。2012年，這幾家企業(yè)分別占據(jù)氧化鋁陶瓷基片市場(chǎng)的27.2%、23.5%、12.5、11.0%。國(guó)外公司氧化鋁陶瓷基片業(yè)務(wù)基本處于虧損狀態(tài)。

    （6）MLCC電容器

    MLCC是電容器市場(chǎng)中最為主流的產(chǎn)品，是全球市場(chǎng)占有率最高的電容器產(chǎn)品。根據(jù)中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，2013年全球和國(guó)內(nèi)電容器市場(chǎng)中陶瓷電容器占比達(dá)到49%和49.98%。其中，MLCC片式多層陶瓷電容器具有低ESR、耐高溫、耐高壓、體積小、性價(jià)比高等特點(diǎn)，其市場(chǎng)規(guī)模約占整個(gè)陶瓷電容器的93%左右。2013年全球MLCC產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模為81.8億美元，中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到359.7億元，占全球比重接近70%。中國(guó)作已成為全球陶瓷電容器生產(chǎn)大國(guó)和消費(fèi)大國(guó)，產(chǎn)銷量位居全球前列。

    目前全球主要的MLCC生產(chǎn)國(guó)包括日本、韓國(guó)、美國(guó)和中國(guó)。日本的主要生產(chǎn)企業(yè)有村田、京瓷、太陽誘電以及電氣化學(xué)TDK等。日本村田制作所是全球最大的MLCC陶瓷電容器生產(chǎn)廠家，市場(chǎng)占有率超過20%。京瓷公司是全球技術(shù)陶瓷領(lǐng)域龍頭企業(yè)，產(chǎn)品涵蓋無線手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、半導(dǎo)體元件、射頻和微波產(chǎn)品套裝、無源電子元件、水晶振蕩器和連接器以及光電通訊網(wǎng)絡(luò)用光電器件等。日本太陽誘電（Taiyo Yuden）是全球知名的陶瓷電容和電感等電子元器件生產(chǎn)商，在高容MLCC領(lǐng)域較為突出。美國(guó)基美公司（Kemet）在高端MLCC陶瓷電容應(yīng)用領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢(shì)。韓國(guó)主要生產(chǎn)商為三星電子；中國(guó)臺(tái)灣的國(guó)巨股份有限公司和華新科科技股份有限公司也占據(jù)一定的市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)MLCC陶瓷電容器生產(chǎn)企業(yè)主要是風(fēng)華高科、三環(huán)集團(tuán)、深圳宇陽科技發(fā)展有限公司以及火炬電子、成都宏明電子科大新材料有限公司、北京元六鴻遠(yuǎn)電子技術(shù)公司等。

    （7）微波介質(zhì)陶瓷

    微波介質(zhì)陶瓷材料是指應(yīng)用于微波頻率（300MHz～30GHz頻段）在電路中作為介質(zhì)材料并完成一種或多種功能的陶瓷材料。具有高介電常數(shù)、低介電損耗、溫度系數(shù)小等優(yōu)良性能，是制造微波介質(zhì)諧振器、濾波器、介質(zhì)天線、介質(zhì)導(dǎo)波回路等微波元器件的關(guān)鍵材料，可用于移動(dòng)通訊、衛(wèi)星通訊和軍用雷達(dá)等方面。預(yù)計(jì)到2015年，全球微波介質(zhì)材料市場(chǎng)規(guī)模將超過15億美元。2015年我國(guó)微波介質(zhì)陶瓷材料產(chǎn)量有望突破1800ts，產(chǎn)值將超過9億元。

    微波陶瓷材料和器件的主要生產(chǎn)企業(yè)有日本村田公司、德國(guó)EPCOS公司、美Trans-Tech公司、Narda MICROWAVE-WEST公司、英國(guó)Morgan ElectroCeramics、Filtronic公司等，其產(chǎn)品的應(yīng)用范圍已在300MHz～40GHz系列化，年產(chǎn)值均達(dá)10億美元以上。佳利電子是國(guó)內(nèi)最大的微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)，具備高低溫微波陶瓷材料自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其大眾導(dǎo)航天線、特種微波介質(zhì)陶瓷、微波通訊元器件等產(chǎn)品處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。2015年，佳利電子被北斗星通收購，將進(jìn)一步鞏固北斗產(chǎn)業(yè)鏈的上游地位。