(1)氧化铜粉行业概述
氧化铜粉是我国生产消耗量最大的有色金属粉末之一,主要作为催化剂及氧化剂应用于工业生产当中,但是随着近年来产品需求结构的不断变化,其下游产业链不断延伸,拓展了包括 PCB 制造、锂电池、有机硅单体合成催化剂等新兴领域。
应用于电镀行业的氧化铜粉又称为电子级氧化铜粉,在 PCB 制造的电镀工艺中被广泛应用,具有纯度高杂质低、粒径分布均匀、粉体流动性好、溶解速度快等优点。使用氧化铜粉作为铜源工艺的电镀制程,具有可实现全自动化连续生产,稳定高效且环保安全,单位排放量低等优势。
以 PCB 行业相关数据计算 PCB 制造用铜粉市场空间如下:目前 PCB 行业使用氧化铜粉的产品主要为对线宽线距、镀层均匀性要求比较高的 PCB 产品上,包括 HDI 板、IC 载板、FPC 等高集成、高精密电镀铜领域。仅以 HDI 板、IC载板和 FPC 板进行粗略测算,假设氧化铜粉占产品成本的 4%;根据 Prismark的统计,2023 年全球 HDI 板、IC 载板和 FPC 板产值为 352.3 亿美元;据此测算,2023 年 PCB 电镀领域氧化铜粉全球需求规模约为 11.3 亿美元。
(2)氧化铜粉下游应用领域分析
1)PCB 制造领域
①PCB 行业简介
印刷电路板,即 Printed Circuit Board,简称 PCB,是一种重要的电子器件,是电子元器件的支撑体,也是电子元器件电气相互连接的载体。PCB 是组装电子零件用的关键互连件,不仅为电子元器件提供电气连接,也承载着电子设备数字及模拟信号传输、电源供给和射频微波信号发射与接收等功能,绝大多数电子设备及产品均需配备,因而 PCB 也被称为“电子产品之母”,被广泛运用于通信、计算机、消费电子、汽车电子、工业控制和医疗、航空航天等行业。
PCB 的制造品质不仅直接影响电子产品的可靠性,而且影响芯片与芯片之间信号传输的完整性,其产业的发展水平可在一定程度上反映一个国家或地区电子信息产业的发展速度与技术水平。
②PCB 产品分类情况
按照制作工艺,PCB 可细分为刚性电路板(Rigid Printed Circuit Board,简称“RPCB”,包括:单面板、双面板、多层板)、柔性电路板(FlexiblePrinted Circuit Board,简称 “FPC” ) 、 高 密 度 互 连 板 (High DensityInterconnector,简称“HDI 板”)、IC 载板(又称“封装基板”)等
③PCB 产业链情况
PCB 上游生产原材料主要包括覆铜板(CCL)、铜箔、铜球/氧化铜粉、油墨、金盐及其他化工材料。其中,铜球(一般采用磷铜球)主要在 PCB 电镀工序中作为阳极氧化,参与化学反应,铜球约占 PCB 成本的 6%。PCB 应用范围广泛,下游应用涵盖通信、计算机、消费电子、汽车电子、工业控制和医疗、航空航天等领域。
④全球 PCB 市场概况
A.全球 PCB 市场规模
随着电子技术的提升及电子产品的快速更迭,全球 PCB 产业呈现持续增长的发展趋势。根据 Prismark 数据,2022 年度全球 PCB 产值达到 817.4 亿美元,2010-2022 年,全球 PCB 产值复合增长率达到 3.8%。预计 2028 年全球 PCB 产值在通信和消费电子领域的带动下将增长至 904.1 亿美元,2023-2028 年复合增长率为 5.4%。全球 PCB 行业市场需求将进一步扩大,各大 PCB 制造商未来的扩产计划及设备换新需求将极大推动 PCB 产业链的不断进步和发展。
B.全球 PCB 市场竞争格局
根据 Prismark 及公开资料,全球 PCB 行业于过去几十年中经历了多次产业格局变化。二十世纪 80 年代,美国作为全球 PCB 技术的主导国家,其 PCB 产值占全球总产值比例超过 30%;90 年代后,日本企业突破了 PCB 制造技术,超越美国成为新的制造中心;2000 年之后,中国台湾 PCB 市场迅速崛起,而欧美国家及日本迫于成本压力则相应收缩其 PCB 产值;自 2005 年以来,中国大陆依靠较低的综合成本、庞大的市场需求、逐步完善的配套资源等优势,成功超越日本并于当年首次成为全球最大 PCB 生产制造中心。
中国大陆 PCB 产值全球占比逐步由 2000 年的 8.1%,增加至 2008 年的 31.0%,进而增加至 2022 年的 53.3%。PCB 产业格局东移明显,过去二十多年来中国大陆 PCB 产值全球占比不断提升,预计未来几年仍将保持领先,占据世界核心地位。从 PCB 行业的发展来看,中国大陆虽然已经成为世界第一的 PCB 生产大国,但附加值较高的 PCB 产品的生产技术及市场份额,仍被欧美日等发达国家占据。
日本目前为全球最大的高附加值 PCB 生产地区,产品以多层板、HDI 板、IC 载板、FPC 为主;美国同样维持了高附加值 PCB 的研发及生产职能,产品以高阶、多层板为主,主要应用领域包括通信、医疗、航空航天、军工等领域。
C.全球 PCB 市场产品结构情况
从 PCB 产品结构情况来看,PCB 市场刚性板仍占主流地位,其中多层板是全球 PCB 行业中产值最大的产品;伴随 5G 基站、数据中心和网络技术设施设备、消费电子类可穿戴设备、IoT 市场等下游领域的快速发展,HDI 板、IC 载板及 FPC 等高附加值的 PCB 产品呈现迅速增长态势,预计未来几年也将保持较高的发展增速。
据 Prismark 预计,2023 年 HDI 线路板市场规模为 105.4 亿美元,受库存改善和对汽车、高速光模块(400G、800G)、卫星通信和人工智能边缘设备的需求扩大的推动,全球 HDI 线路板市场规模到 2028 年有望达到 148.3 亿美元,2023-2028 年 CAGR 将达 7.1%。
2023 年全球 IC 封装基板市场规模达 125.0 亿美元,受 FCBGA 用于高级 2.5 和 3D 封装领域、新兴的 AiP 和 SiP 基板及 FCCSP和存储器基板的持续增长等因素影响,预计 2028 年全球 IC 封装基板市场规模将达 190.7 亿美元,2023-2028 年 CAGR 达到 8.8%。两者年均复合增长率均超过行业整体增幅。
现阶段,高端 HDI 材料及封装基板材料主要集中于中国台湾、日本、韩国企业。随着国内厂商技术创新并进入核心供应链,预计未来几年中国大陆地区企业在 HDI 和 IC 载板材料的行业产值占比将大幅提升。
D.全球 PCB 市场下游应用领域情况
按照下游应用领域分布来看,根据 Prismark 的统计数据,2022 年度,计算机和通信为 PCB 的主要应用市场,应用占比分别为 33%和 32%。其次为消费电子、汽车电子领域,应用占比分别为 14%和 12%。其它领域,如工控医疗、军事/航空航天等应用占比相对较低。
⑤中国 PCB 市场概况
A.中国 PCB 市场规模
我国 PCB 行业的整体发展趋势与全球 PCB 行业基本相同。受益于 PCB 行业产能不断向我国转移,加之通信、计算机、消费电子、汽车电子、工业控制和医疗、航空航天等下游领域的需求增长刺激,近年来我国 PCB 行业增速整体高于全球 PCB 行业增速。
根据 Prismark 数据,中国作为全世界最大的 PCB 生产基地,2022 年度 PCB 产值达到 435.5 亿美元,2010-2022 年,中国 PCB 产值复合增长率达到 6.6%,增速超过全球增速平均水平;预计 2028 年中国 PCB 产值将增长至 464.7 亿美元,2023-2028 年复合增长率将达到 4.2%。中国 PCB 市场目前发展势态平稳,预计未来增速将与全球增速基本持平。
B.中国 PCB 市场产业区域分布
中国已形成了较为成熟的电子信息产业链,同时具备内需市场广阔、人力成本较低、投资环境良好等优势,吸引了大量外资企业将生产重心向中国大陆转移。珠三角地区、长三角地区由于下游产业集中,并具备良好的区位条件,成为了我国 PCB 生产的核心区域。但近年来,随着沿海地区制造成本上升,部分 PCB 企业开始将产能向中西部地区迁移,尤其是江西、湖北、重庆等经济产
业带的 PCB 产能呈现快速增长的发展势头。江西省作为沿海地区向中部延伸的重要地带,兼具独特的地理位置及丰富的资源优势,加上地方政府大力支持电子信息产业发展,逐渐成为沿海地区 PCB 企业主要转移基地。预计未来珠三角地区、长三角地区仍将保持 PCB 产业的领先地位,并不断向高端产品和高附加值产品方向发展;中西部地区由于 PCB 企业的内迁,逐渐成为我国 PCB 行业的重要生产基地。
C.中国 PCB 市场产品结构情况
随着全球产业规模的不断扩张,中国区域的 PCB 产业也呈现持续升级的发展态势,高阶多层板、FPC、HDI 板等产品的产能均得到一定提升。
PCB 细分产品中,多层板产值占比最高,其次是单/双面板、HDI 板和 FPC,IC 载板占比稳步提升。和全球 PCB 市场产品结构对比来看,中国市场的单/双面板和多层板的规模占比高于全球市场,而 IC 载板和 FPC 的规模占比低于全球市场,可见在附加值较高的 PCB 产品的生产技术及市场份额等方面,中国尚不及欧美日等发达国家。
随着技术的迭代和产品应用的升级,国内主要 PCB 厂商也不断向高阶产品进发,在 HDI 板、IC 载板和 FPC 等领域不断扩大产能,随着高阶 PCB 产品的持续布局,未来中国厂商将凭借成本、效率等优势逐步抢占高阶 PCB 的市场份额。
D.中国 PCB 市场下游应用领域情况
按照下游应用领域分布来看,根据世界电子电路理事会(WECC)数据,2022 年中国 PCB 行业下游应用领域中,通信、计算机、汽车电子和消费电子合计占比 87%,是最主要的四大应用市场。
在通信领域,PCB 主要运用于通信基站、传输设备、路由器、交换机、服务/存储设备等。2020 年是全球 5G 规模扩展元年,各国纷纷加快 5G 建设。5G对通信设备性能要求提升导致单体基站 PCB 量价齐升,以及 5G 基站的换建与新建,使得 PCB 在通信领域将迎来高速成长期。在计算机领域,PCB 主要运用在服务器/存储器、个人电脑及外部设备等设备中。
近年来,随着云计算、大数据等技术发展,互联网数据中心作为处理、存储、备份数据的重要物理载体快速发展,而云计算集中化和价格下降也倒逼互联网数据中心朝着大规模/超大规模发展,拉动了互联网数据中心的建设需求,同时带动了服务器和存储器的增长,使得计算机领域的 PCB 需求将大幅增加。
在汽车电子领域,PCB 主要运用于汽车电子控制装置(如发动机电子、底盘电子、驾驶辅助系统、车身电子)和车载电子装置(如娱乐系统)等。在智能驾驶和新能源汽车的驱动下,汽车电子单车配套价值的提升,汽车电子有望成为 PCB 发展的新动能。在消费电子领域,PCB 主要运用于手机、家电、可穿戴设备、无人机、VR/AR 设备等产品中。
消费电子种类多、更新快,叠加消费升级之大趋势,消费者逐渐从以往的物质型消费走向服务型、品质型消费。目前,消费电子行业正在酝酿下一个以人工智能、物联网、智能家居为代表的新蓝海,创新型消费电子产品层出不穷,并将渗透消费者生活的方方面面。
消费电子市场的快速增长也推动了 PCB 行业的发展。在工控医疗领域,PCB 主要运用于工业电脑、变频器、测量仪、医疗显示器等设备中。随着全球人口加速老龄化便携式医疗、家用医疗设备的需求急剧增长,使得医疗设备拥有广阔的发展前景。
⑥PCB 行业发展趋势
A.PCB 行业市场规模庞大,未来将保持持续增长
随着电子技术的飞速发展,中国和全球 PCB 产业也在持续成长。根据Prismark 的数据,预计 2023-2028 年全球 PCB 产值在通信和消费电子领域的带动下将增长至 904.1 亿美元,复合增长率将达到 5.4%;中国 PCB 产值将增长至 464.7 亿美元,复合增长率将达到 4.2%。未来五年,中国和全球 PCB 市场将保持持续增长。
B.中国在 PCB 行业的地位将更加稳固
受益于全球 PCB 产能向中国转移以及下游蓬勃发展的电子终端产品制造的影响,中国已成为全球第一大 PCB 制造基地。根据 Prismark 预测,未来 5 年亚洲将继续主导全球 PCB 市场的发展,而中国在 PCB 行业的地位将更加稳固。
C.PCB 产业终端应用市场愈加多元化
PCB 的下游终端应用领域广泛,包括通信、计算机、消费电子、汽车电子、工业控制和医疗、航空航天等。
广泛的终端应用分布为 PCB 行业提供巨大的市场空间,下游终端应用行业存量市场规模的稳定增长为 PCB 行业发展提供了基础,降低了行业发展的风险。同时,电子产业突飞猛进,下游行业技术不断革新,PCB 的下游终端应用市场呈现多元化趋势,产品的运用范围也大幅扩增,5G、Mini-LED、AR/VR、可折叠手机、新能源汽车等领域的蓬勃发展为 PCB行业带来了广阔的增量应用市场。
D.PCB 行业将向高阶化方向发展
随着下游终端电子产品朝着高性能化、多功能化和信号传输高频(速)化的方向迅速发展,推动了 PCB 行业快速地从传统 PCB 走向以高集成化、高性能化为特点的高阶 PCB,具体体现如下:
(a)高系统集成化。智能终端的每次升级都会对产品的集成度和多功能化提出更高要求。以智能手机为例,在不断要求输入/输出端口数目增多、引脚间距减小、功能元件数增多的需求面前,PCB 产品设计日趋复杂,电路板上的集成密度不断提升。刚挠结合、埋入式元器件等小型化 PCB 产品能够提供更高密度的电路互连、容纳更多的电子元件,在多功能集成、体积重量减小等方面具有很大优势。全球主要 PCB 厂商均致力于在减小 PCB 产品体积与重量的同时附加更多的功能元件,这些要求对 PCB 电镀的精细度与信赖度提出更高的挑战。
(b)高性能化。高阶 PCB 产品未来将进入快速增长阶段,对数据传输频率及速度、数据容量的要求会更高。随着数字传输信号日益高频化,具备良好的阻抗性的 PCB 产品才能保障信息的有效传输。PCB 产品电路阻抗越低,其性能就越稳定,越可实现高频高速工作,从而承担更复杂的功能。PCB 产品高性能化的趋势也推动 PCB 的制作工艺向微孔化、细线化、多层化的方向发展。在此背景下,国内主要 PCB 厂商未来将致力于完善和扩充产品品类,不断提升高阶化 PCB 产品产能和产量。
氧化铜粉在 PCB 制造领域的应用情况如下:
随着 PCB 产业高集成度需求的日益凸显,线路精细化加工、通孔盲孔一体化制作等工艺对电镀均匀性提出了更高的要求。可溶性磷铜球阳极在使用过程中会不断发生溶解,而产生形态体积的变化;而钛阳极在使用过程中则可保持形状稳定,不发生溶解变化,因此钛阳极亦被称为不溶性阳极。近些年来,PCB 镀铜制程中不溶性阳极应用逐渐广泛。
由于不溶性阳极的阳极端没有相应的铜离子析出,为使整个电镀铜体系维持平衡,目前最主要的解决方案是添加氧化铜粉。氧化铜粉由于其表面积大、溶解速度快、纯度高等特点,能在电镀液中迅速溶解,快速稳定地释放铜离子,有效保持了电镀液中铜离子的浓度与稳定性。此外,氧化铜粉工艺可以实现自动化添加与连续生产,并且减少了铜耗,更好的满足了高阶 PCB 产品的电镀要求。
在高阶 PCB 产品电镀领域,氧化铜粉配套不溶性阳极的生产工艺主要具有以下几点优势:
①更高的制程能力
电镀制程能力主要取决于电镀体系和设备设计两方面。在电镀体系支持方面,氧化铜粉配套不溶性阳极能提供上限更高的电镀能力,因此新的电镀添加剂的开发方向已经基本转向对不溶性阳极电镀体系的适配。在设备设计方面,氧化铜粉配套不溶性阳极可以做到完全的定制化,设备的喷流、循环、阳极分布、阳极造型等多方面可以重新设计和优化,使设备具备了多种可能性,也为电镀设备能力进一步提升提供了先决条件。目前市场主流的 HDI 板、IC 载板、FPC 等高精密 PCB 领域,氧化铜粉配套不溶性阳极的生产工艺已成为必备电镀制程。
②更稳定的电镀均匀性
优势使用氧化铜粉配套不溶性阳极的电镀制程,可以长时间保持稳定的电镀均匀性。在电镀过程中,为了保证电镀均匀性,需要保证电镀条件可控并维持稳定,其中很重要的一点是需要保持阳极端到阴极端放电的稳定性。而阳极端到阴极端放电的稳定性,是由两者相对尺寸稳定性和以及电力线的分布稳定性决定的。在 PCB 镀铜制程中,氧化铜粉配套不溶性阳极的电镀体系,阳极和阴极的相对尺寸可在长时间的使用周期中保持稳定,从而能有效保障镀铜均匀性长期稳定。
③更高的生产效率
氧化铜粉配套不溶性阳极的电镀体系带来的生产效率的提升,主要体现在以下两个方面:一方面,氧化铜粉配套不溶性阳极的电镀体系可以承受更大的电流密度,在更大的电流密度作用下,氧化铜粉快速溶解,可迅速补充与稳定电镀液中的铜离子,发挥高效镀铜的优势,从而提高设备产能和生产效率。另一方面,氧化铜粉的添加设备与电镀槽是分离的,可保持连续、稳定、可控的自动添加作业。因此,使用氧化铜粉理论上可以完全做到不间断生产,从而节省了大量的维护时间和人力投入,进一步提升了生产效率。
④更稳定的制程管控
使用氧化铜粉可以使电镀液成分维持更稳定的状态。若铜离子浓度存在大幅波动,一定程度上会影响电镀液中其他电镀添加剂的稳定,综合影响电镀液性能的发挥。得益于良好的粉体流动性,氧化铜粉可精确控制添加量,使电镀液中铜离子浓度长期保持稳定状态,避免了因铜离子浓度的波动而影响电镀液性能的发挥,从而可以实现更稳定、高效的制程管控。
2)锂电池 PET 复合铜箔制造领域
我国能源转型的重要手段是提高清洁能源在发电中的比例,发展新能源是我国能源发展的重要方向。在这个背景下,新能源汽车普及率不断提高,储能技术也不断发展,受益于新能源汽车和储能市场的旺盛需求,动力电池、储能电池的需求也不断增加。根据锂电池的工作原理和结构设计,负极材料需涂覆于集流体上,经干燥、辊压、分切等工序,制备得到锂电池负极片。为得到更高性能的锂电池,导电集流体应与活性物质充分接触,且内阻应尽可能小。
锂电铜箔由于具有良好的导电性、质地较软、制造技术较成熟、成本优势突出等特点,是锂电池负极集流体的主要材料。目前,锂电池产业链公司开始逐步探索使用 PET 复合铜箔作为锂电池负极集流体材料。PET 复合铜箔采用“三明治”结构,即在 4.5μm 的 PET 膜或者PP 膜两边各镀 1μm 的铜。PET 复合铜箔有望提升能量密度与电池安全性。
一方面,PET 材料重量相对于铜较轻,因此使用 PET 复合铜箔的电池重量也有所减轻,从而带来电池能量密度的提升。另一方面,PET 膜在挤压、碰撞中起到缓冲作用,可提升电池安全性;更重要的是,下游膜厂商在 PET 膜中设置贯穿孔洞,并在其中填充阻燃层,能够防止电池过度燃烧,有效降低锂电池“热失控”带来的起火爆炸风险。
凭借着上述优势,PET 复合铜箔未来有望成为动力电池和储能电池生产过程中的重要材料之一。PET 复合铜箔生产过程中镀铜铜源目前主要来自于铜球和氧化铜粉,随着近年来行业内主要电池厂商、设备厂商和材料厂商不断积极推进 PET 复合铜箔的应用。目前,复合铜箔处于工艺认证中后期。设备环节已基本实现国产化;制造环节正在积极验证,近期有望实现复合铜箔的批量生产;电池环节在积极推进中,加速突破“0-1”阶段。
目前已有多家上市公司公告在 PET 复合铜箔项目布局,行业未来发展可期,预计锂电领域对氧化铜粉的需求量将逐步提升。
3)有机硅单体合成催化剂领域
有机硅是指含有 Si-O 键且至少有一个有机基直接与硅原子相连的化合物,是一种常见的大宗商品原料,具有耐高低温、抗氧化、耐辐射等优异性能,下游应用领域主要包括建筑建材、电子电器、航空航天、纺织印染、汽车等。
有机硅产品广泛应用于各行各业,与国民经济的发展息息相关,近年来市场需求量稳定增加。为提高有机硅单体生产效率,生产过程中会使用高性能的催化剂,其中,以氧化铜粉作为重要组成部分的三元复合铜基催化剂是工信部 2022 年发布的《重点新材料首批次应用示范指导目录(2021 年版)》中推荐产品,现阶段三元复合铜基催化剂主要采用氧化铜、铜粉、氧化亚铜机械合金化进行生产。
近年来我国有机硅行业发展迅速,行业进入快速扩产期。受益于我国光伏、新能源等节能环保行业的发展,智能穿戴设备、3D 打印等新兴产业的出现,我国有机硅市场获得了新的增长驱动。根据全球有机硅网信息,2022 年中国有机硅单体产能达到 500 万吨/年;中国境内至少还有 16 家企业拟扩建、新建有机硅甲基单体装置,其中拟扩建产能约 585 万吨,预计 2025 年中国境内有机硅甲基单体产能将达到 750 万吨/年,约占全球有机硅甲基单体产能的 75%以上。
在有机硅市场快速发展的背景下,生产过程所需的铜基催化剂的市场需求量也有望进一步提升,从而带动氧化铜粉市场规模上升。