电子产业新材料之PI行业深度研究：半导体、5G、显示等

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1. 电子 PI：柔性、耐高温、绝缘性能突出的高分子材料

1.1. PI 概述：综合性能最佳的有机高分子材料之一

聚酰亚胺-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-269～ 260℃，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。

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。

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、微电子、精密机械包装等众多领域。

美日韩企业垄断全球 PI 市场。

1.2. PI 核心性能优势：柔性，耐高温，绝缘

PI 材料综合性能优异。

1.3. PI 薄膜材料性能优势显著，电子应用领域广泛

PI 薄膜是目前世界上性能最好的薄膜类绝缘材料之一。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 PI 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：两步法是常用方式

聚酰亚胺的合成方法主要分为一步法、两步法和三步法。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：最早的合成方法，反应溶剂选择是关键。

➢ 两步法：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。

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。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：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：国内PI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：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。

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。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。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。

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

1.6.1. 方向 1：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。

1.6.2. 方向 2：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。

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（d≤8 μm）、常 规薄膜（8 μm＜d≤50 μm，常见膜厚有 12.5、25、50 μm）、厚膜（50 μm＜d≤125 μm，常见厚度为 75、125 μm）以及超厚膜（d＞125 μm）。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：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。

1.6.3. 方向 3：低介电常数材料

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 2.0～2.5（通常 PI 的介电常数为 3.0～3.5）。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/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：

4. 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洞 结构, 提高其中空气体积率, 形成多孔泡沫材料是获得低介电聚酰亚胺材料的一种有 效途径。目前, 制备多孔聚酰亚胺材料的方法主要有热降解法、 化学溶剂法、导入具 有纳米孔洞结构的杂化材料等。

1.6.4. 方向 4：透明 PI

有机化合物的有色，是由于它吸收可见光(400~700 nm)的特定波长并反射其余的波长，人 眼感 受到反射的光而产生的。这种可见光范围内的吸收是芳香族聚酰亚胺有色的原因。 对于芳香族聚酰亚胺，引起光吸收的发色基团可以有以下几点：a)亚胺环上的两个羧基； b)与亚胺环相邻接的苯基；c) 二胺残余基团与二酐残余基团所含的官能团。

由千聚酰亚胺分子结构中存在较强的分子间及分子内相互作用，因而在电子给体（二胺） 与电子受体（二胺）间易形成电荷转移络合物(CTC)，而 CTC 的形成是造成材料对光产生 吸收的内在原因。

要制备无色透明聚酰亚胺，就要从分子水平上减少 CTC 的形成。目前广泛采用的手段主要 包括：1）采用带有侧基或具有不对称结构的单体，侧基的存在以及不对称结构同样也会 阻碍电子的流动，减少共辄；2）在聚酰亚胺分子结构中引入含氟取代基，利用氟原子电 负性的特性，可以切断电子云的共扼，从而抑制 CTC 的形成；3）采用脂环结构二酐或二 胺单体，减小聚酰亚胺分子结构中芳香结构的含量。

1.6.5. 方向 5：可溶性 PI 薄膜

聚酰亚胺分子中的芳杂环结构所形成的共扼体系、阶梯及半阶梯链结构，使其分子链具有 很强的刚性分子链段自由旋转的能垒较高，导致聚酰亚胺材料具有很高的玻璃化转变温度、 较高的熔点或软化点，从而难溶解千有机溶剂且在普通加工温度下呈现不熔化或不软化的 性能。因此, 在保持聚酰亚胺原有的耐热性能等优良特性的同时, 降低聚酰亚胺材料的刚性 并增加其在有机溶剂中的溶解能力, 已成为高性能聚酰亚胺功能材料研制开发的热点之一。

1.6.6. 方向 6：黑色 PI 薄膜

传统 PI 薄膜因表面光泽度较大和透明性较高，在应用过程中会存在因光反射造成眩光或散 光和线路设计分布易于解读而被同业抄袭的问题，故而要求 PI 薄膜具备低光泽度、低透光性及绝缘性等特性，低光泽度可使元件外观更具质感与美观，绝缘性及低透光性则可保护 内部电路设计。

黑色 PI 薄膜的制作分两种：1）将各种遮光物质如炭黑、石墨、金属氧化物、苯胺黑、茈 黑等无机或有机染料涂覆在普通 PI 薄膜上；2）将遮光物质添加于 PI 树脂，经流涎干燥、 高温亚胺化处理制膜。

1.6.7. 方向 7：低膨胀 PI 薄膜

PI 薄膜虽具有优异的热稳定性、机械性能和电性能，但与无机材料相比 PI 薄膜的热膨胀系 数要大的多。当 PI 材料与金属、陶瓷等无机材料形成复合材料时，其热应力的存在会使聚 合物层与无机基材发生翘曲、开裂或脱层。因此如何使 PI 的热膨胀系数减小就成为 PI 薄 膜研究较多的方向之一。大量的结构研究分析认为，具有刚性棒状结构的芳香族 PI，分子 链较平直，因此分子间的堆砌紧密，有利于降低聚合物的自由体积，使热膨胀系数减小。

有效制备低热膨胀系数 PI 薄膜的途径：

➢ 合成层面：采用两种或两种以上的二酐或二胺单体共聚。多种二酐或二胺聚合而成的 聚酰胺酸形成互穿网路或半互穿网络结构。

➢ 制备层面：利用溶剂、涂膜方式、干燥程序、酰亚胺化程序，牵伸条件及退火条件等， 调控 PI 薄膜的聚集态结构。

2. 重要应用 1-半导体封装：IGBT 等功率模块&先进封装核心材 料

2.1. 广泛应用于 IGBT 等功率模块封装

IGBT 是实现电能转换的功率器件，在电动车领域具有重要应用。功率器件主要用途包括 逆变、变频等。功率半导体可以根据载流子类型分为双极型功率半导体和单极型功率半导 体。双极型功率半导体包括功率二极管、双极结型晶体管（BJT）、电力晶体管（GTR）、晶 闸管、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。单极型功率半导体包括功率 MOSFET、肖特基势 垒功率二极管等。它们的工作电压和工作频率也有所不同。功率半导体器件广泛应用于消 费电子、新能源交通、轨道交通、发电与配电等电力电子领域。

全球政策同时推进新能源汽车发展。在国内，双积分政策等一系列的新能源车补贴政策频 频出台，对汽车制造企业，电动车基础设施建设和消费者都有优惠，旨在促进新能源汽车 在我国的普及和发展。放眼全球，欧美等发达国家也积极布局新能源车的市场，通过各种 补贴优惠政策和法案，推动新能源车市场的发展，促进传统燃油车到电动汽车的转变。

国内新能源车市场有望自 2020 年进入第二个快速增长期。国内新能源乘用车市场在 2019 年之前经历了补贴引导下的快速发展期，2019 年 7 月之后，由于补贴大幅退坡，增速有所 下滑。根据中汽协的数据，2019 年我国新能源乘用车总销量为 106 万辆，同比增长仅 0.7%。 但随着 2020 年各大车企的新能源车型不断推出，特别是特斯拉 Model3、大众 ID.3、比亚 迪汉、荣威 Ei6、丰田奕泽等诸多新车型的上市，行业有望由补贴驱动转向需求驱动，进 入第二个快速增长期。

电动车市场的增长将带来聚酰亚胺薄膜市场的相应增长：

高压功率器件的表面钝化工艺是功率器件制造过程中的重要工艺环节。对器件的电学性能 和可靠性有重要影响。表面钝化工艺是通过高压钝化材料将功率器件与周围环境气氛隔离 开来，防止芯片表面沾污影响器件的电学性能（如表面电导和表面态），控制和稳定半导 体表面的特性，保护器件内部的互连以及防止器件受到机械和化学损伤，提高功率器件的 可靠性水平

2.2. 先进封装工艺中多环节应用的核心材料

封测行业先进封装占比不断提升。智能手机追求轻薄化需求，带动对晶圆级封装（WLP） 和芯片级封装（CSP）等先进封装的需求，目前先进封装晶圆产量已接近全球晶圆总产量 的 40%。

国产替代下封测订单拉升。受中美贸易战影响，国内大客户将供应链逐步转移至国内，将 拉动国内封测订单需求。先进封装对材料提出更高要求，目前微电子工业正在发生的重大 变化使业已成熟的微电子封装工艺和封装材料面临严重的挑战。0.13~0.10mm 时代的到来 将不但影响封装工艺技术，同时 对封装材料性能的要求也将发生重大的变化。

聚酰亚胺已成为先进封装核心材料。现代的电子封装技术需要将互连、动力、冷却和器件 钝化保护等技术组合成一个整体以确保器件表现出最佳的性能和可靠性。聚酰亚胺在很大 程度上满足高纯度、高耐热、高力学性能、高绝缘性能、高频稳定性；低介电常数与介电 损耗、低吸潮性、低内应力、低热膨胀系数和低成型工艺温度的要求，成为先进封装的核 心材料。

3. 重要应用 2-5G 手机：MPI 天线和石墨散热原膜需求旺盛

3.1. 石墨散热片：原膜材料

3.1.1. 手机散热驱动方案

随着智能手机对轻薄化、小型化设计的追求，手机内部的空间变小。但由于手机硬件配置 的提高、CPU 多核高性能的升级，以及通信速率的提升，带来的散热需求也不断上升，进 而驱动对高散热性能材料的需求。目前智能手机上采用的散热技术主要包括石墨烯热辐射 贴片散热、金属背板散热、导热凝胶散热以及导热铜管散热。

3.1.2. 石墨散热是重要路线之一，对 PI 需求拉动显著

石墨二维层状结构是散热性能的核心。石墨晶体具有六角平面网状结构，具有耐高温、热 膨胀系数小、良好的导热导电性、化学性能稳定、可塑性大的特点。石墨独特的晶体结构， 使其热量传输主要集中在两个方向：X-Y 轴和 Z 轴。其 X-Y 轴的导热系数为 300~1,900W/(m·K)，而铜和铝在 X-Y 方向的导热系数仅为 200~400W/(m·K)之间，因 此石墨具有更好的热传导效率，可以更快将热量传递出去。与此同时，石墨在 Z 轴的热传 导系数仅为 5~20W/(m·K)，几乎起到了隔热的效果。因此石墨具有良好的均热效果，可 以有效防止电子产品局部过热。

石墨是优秀的散热材料。从比热容的角度看，石墨的比热容与铝相当，约为铜的 2 倍， 这意味着吸收同样的热量后，石墨温度升高仅为铜的一半。因石墨在导热方面的突出特性， 可以替代传统的铝质或者铜质散热器，成为散热解决方案的优秀材料。

消费电子的发展带动石墨散热片的需求增长。石墨散热片因具有超高导热性、重量轻、薄 型化与耐弯折等多项特点，能很好地满足智能手机轻量化与轻薄的设计，以及 5G 手机的 散热方案将向着超薄、高效的方向发展要求。石墨散热片将广泛应用于手机、平板电脑、 笔记本电脑及智能电视等电子产品的散热中，是电子产品的上游。因此石墨散热片的发展 与下游智能手机及其他电子设备的发展密切相关。

PI 膜是制备石墨散热片的核心原料。目前，石墨散热片的主要材料是人工石墨片(Graphite sheet)。人工石墨片的主要原料就是聚酰亚胺薄膜(PI film)经过碳化和石墨化两道高温制程 产生：碳化是石墨化的前置程序，目的在于使得 PI 膜中的非碳成分全部或大部分挥发，需 在特定高温下进行；石墨化工序中，发行人通过在特制的石墨化炉内加入氩气或者氮气作 为介质对碳化后的 PI 膜进一步升温，高温下多环化合物分子重整，伴随多次周期性升温的 振荡操作，经化学变化，最后形成高结晶度的大面积石墨原膜。随着散热应用市场成长， 聚酰亚胺薄膜在人工石墨片的应用也将会逐渐增加比重。

3.1.3. 主要供应商：时代新材

时代新材致力于形成具有自主知识产权的高性能聚酰亚胺薄膜研制的关键技术和产业化 技术，实现高性能聚酰亚胺薄膜产品的国产化和规模化生产，为实现国内高端绝缘材料长 期以来的国际垄断局面迈出了实质性步伐。并完成了实现聚酰亚胺薄膜材料应用于智能手 机和平板电脑的石墨散热垫片材料的规模化生产，产品在国内供不应求。

目前，公司新型材料项目产业化进展基本顺利，公司年产 500 吨聚酰亚胺薄膜生产线量 产日趋稳定，导热膜具备向华为、苹果、三星、VIVO 等品牌批量供货的能力，全年形成 销售收入 1.2 亿元，目前正在筹建二期扩能项目。未来，公司在聚酰亚胺薄膜材料产业方 向，计划形成年产量超过 2000 吨的产能发展。

3.2. 5G 材料：MPI

3.2.1. 5G 手机终端未来高速增长

5G 手机助力智能手机市场高速发展。

3.2.2. 天线等射频拉动 MPI 需求

5G 手机的高频率需要低损耗天线材料。智能手机作为 5G 的关键场景之一，5G 的驱动无 疑为智能手机天线的发展和革新带来机会。手机通信所使用的无线电波频率随着从 1G 到 5G 的发展而逐渐提高。目前，5G 的频率最高，分为 6GHz 以下和 24GHz 以上两种。由于 电磁波具有频率越高，波长越短，越容易在传播介质中衰减的特点，所以 5G 的高频率要 求天线材料的损耗越小越好。

MPI 是 5G 手机前期发展的主流材料选择。4G 时代的天线制造材料开始采用 PI 膜（聚酰 亚胺）。但PI在10GHz以上损耗明显，无法满足5G终端的需求; LCP （Liquid Crystal Polymer， 液晶聚合物）凭借介子损耗与导体损耗更小，具备灵活性、密封性等特性逐渐得到应用。 但是由于 LCP 造价昂贵、工艺复杂，目前 MPI（Modified Polyimide，改良的聚酰亚胺）因 具有操作温度宽，在低温压合铜箔下易操作，表面能够与铜较易接着，且价格较亲民等优 点，有望成为 5G 时代天线材料的主流选择之一。

4. 重要应用 3-柔性显示：理想的 OLED 基板、盖板和 COF 材料

4.1. OLED-柔性基板和盖板材料

聚酰亚胺是柔性显示工艺理想的材料。柔性基板是整个柔性显示器件的重要组成部分，其 性能对于柔性显示器件的品质与寿命均具有重要的影响。柔性显示器件对于基板材料的性 能要求主要体现在如下几个方面：1）耐热性与高稳尺寸稳定性要求；2）柔韧性要求；3） 阻水阻氧特性要求；4）表面平坦化要求。PI 基板材料以其优良的耐高温特性、良好的力 学性能以及优良的耐化学稳定性而备受关注。刚性的酰亚胺环赋予了这类材料优异的综合 性能，从而使得 PI 成为柔性显示器件基板的首选材料。

4.1.1. 柔性 OLED 手机渗透率持续提升

OLED 面板快速增长。柔性 OLED 面板市场需求旺盛，行业发展速度加快，而且未来的成 长空间很大，展示出很大的市场需求潜力。

柔性 OLED 手机渗透率持续提升。柔性 OLED 手机是未来手机发展的趋势，OLED 出货量 的增加促进了柔性 OLED 手机渗透率的提升。

柔性 OLED 手机渗透率提升的原因：（1）OLED 显示屏的色彩更逼真、更轻薄和更省电等 优点；（2）可屏下指纹解锁方案，能够最大限度提升手机的屏占比； （3）可以实现曲面化、 可弯曲，提升手机的应用场景。

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

2019 年可折叠手机元年开启，折叠屏手机发展趋势清晰。可折叠手机通过折叠能缩小屏 幕面积，方便用户携带；手机展开后，成为可比拟平板电脑的大屏幕通信设备，提升用户 的视觉体验。未来折叠手机将在极大提升人机信息交互的效率，实现多任务并行和信息平 行输入输出，智能手机终端将从媒体社交平台升级至生产力平台（办公等）。

可折叠手机的发展与柔性 OLED 屏幕技术成熟度紧密相关。柔性 OLED 面板的弯曲特性 保证手机折叠时的弯曲半径，是实现手机可折叠的关键所在。

4.1.3. PI 基板和 CPI 盖板材料需求旺盛

PI 基板：柔性 OLED 基板材料的最佳选择。伴随着 OLED 取代 LCD 正沿着曲面→可折叠→ 可卷曲的方向前进，有机发光材料和薄膜是 OLED 实现柔性的关键点，具有优良的耐高温 特性、力学性能及耐化学稳定性的聚酰亚胺 PI 基板，是当前柔性基板材料的最佳选择。

PI 基板市场需求旺盛。受益于 OLED 产能的持续增长，PI 基板材料具有旺盛的市场需求， 且未来还有很大的成长空间。国内目前如在挠性印制线路基材方面的应用的高端 PI 薄膜约 85％需要依赖进口产品，替代进口的市场空间很大。

CPI（Colorless Polyimide）盖板是折叠屏的理想材料。为全面实现柔性显示，显示器盖板 部分应当具备可反复弯折、透明、超薄、足够硬度的特点。折叠屏对于盖板材料要求较高， 需要同时满足柔韧性、透光率且表面防划伤性能好等特点。目前的折叠屏盖板材料有 CPI、 PI、PC、压克力、PET 几种，其中 CPI 盖板的可行性最高，相比于普通淡黄色的 PI 盖板材 料，无色透明的 CPI 盖板具有更高的透光率。受益于折叠屏手机的发展，CPI 盖板材料将 迎来快速发展时期。

无色透明的聚酰亚胺薄膜实现的难度较大。由于 PI 薄膜的透明度与其耐高温性能存在着矛 盾关系，即增加薄膜的透明度时将降低其耐高温性能。部分厂商尝试混合 PI，PMMA，PET 和 PU 等来制作柔性盖板，但是效果不及预期，也很难量产化。

硬质涂布是增强 CPI 薄膜强度的重要手段。为提升折叠式面板用 CPI 膜强度，需于表面进 行数十微米厚的硬质涂布制程，如使用有／无机物混合材料硅氧烷(siloxane)，将有助 CPI 触感接近玻璃，改善塑胶类保护层质感不及玻璃等问题。

4.1.4. 主要公司：住友化学、Kolon Industries、SKC 等

OLED 用的 CPI 盖板和 PI 基板被日韩企业所垄断。

住友化学率先拿下三星Galaxy Fold的CPI膜订单。目前，能够提供CPI膜的厂商仅为Kolon Industries，SKC 和住友化学。在三星 Galaxy Fold 手机 CPI 订单的争夺战中，住友化学抢占 先机。住友化学能抢占先机拿下三星 Galaxy Fold 的 CPI 膜订单，主要得益于住友化学多年 来的技术积累，在 CPI 膜材料上的稳定性和良品率更加具有竞争力。

Kolon Industries 将为华为 Mate X 供应 CPI 膜。Kolon Industries 公司早在 2016 年就率先 研发出 CPI 膜，随后在 2016 年 8 月开始投资 900 亿韩元在龟尾工厂建造 CPI 膜生产线， 2018 年上半年完成量产设备铺设工作。今年，Kolon Industries 将供应华为 Mate X 所需的 CPI 膜，证明了 Kolon Industries 在 CPI 膜生产方面的能力和产品品质。

SKC 积极布局 CPI 薄膜研发。在 2016 年的业绩发布会上，SKC 表示已经成功完成 CPI 薄 膜的研发工作，且 SKC 能灵活使用现有的 PI 薄膜生产线，资金压力比较小。公司 2018 年 在忠北镇川举行了 CPI 膜产业园奠基仪式，为 SKC 打造 CPI 膜全套生产体系提供稳定的产 业链，也为 SKC 在全球市场的扩张做好准备。

4.2. COF-柔性基板

COF（Chip on flexible printed circuit）柔性封装基板作为印制电路板产品中的重要高端分 支产品，指还未装联上芯片、元器件的封装型柔性基板。在芯片封装过程中，起到承载芯 片、电路连通、绝缘支撑的作用，特别是对芯片起到物理保护、提交信号传输速率、信号 保真、阻抗匹配、应力缓和、散热防潮的作用。

COF 柔性封装基板性能优异。COF 柔性封装基板具有配线密度高、重量轻、厚度薄、可折 叠、弯曲、扭转等优点，是一种新兴产品，有利于先进封装技术的使用和发展。目前，COF 产品广泛应用于液晶电视，智能 3G 手机及笔记本电脑等产品液晶屏的显示与驱动。

4.2.1. TV 高清化、手机全面屏驱动 COF 方案需求持续增长

TV 高清化发展满足视觉体验需求。随着人们对视觉体验的要求的提高，TV 高清化的发展 速度加快。大尺寸和高清化的 TV 产品的存在着很大的市场空间，超薄和窄边框也是发展 的趋势。TV 从常见的 1080P 逐渐向 4K 和 8K 发展，分辨率的提升，带来更高清的视觉体 验。

大尺寸高清电视渗透率将大幅提升。根据 IHS 数据，2018 年 60 吋以上面板以 4K 为主， 渗透率高达 99%，随着 8K 开始进入市场，未来三年的渗透率将大幅提升，预计由 2019 年 的 5%拉升到 2020 年的 9%。在 TV 市场上， 2018 年 8K TV 出货量为 2 万部，预计 2019-2020 年出货量将分别达到 43 万部和 200 万部，且主要集中制 60 英寸以上的大尺寸 TV；2019 年，OLED TV 出货量预计增长超过 40%，达到 360 万部，而 QD-LCD TV 的出货量预计将 达到 400 万部。

全面屏是智能手机的发展趋势。2016 年，小米 MIX 推出后，“全面屏手机”开始走进了大 众视野，随后，整个智能手机行业随后便掀起了一股“全面屏”的设计风潮。受制于屏下摄像头等的技术限制，2018 年之后，整个行业却一股脑转向了苹果的刘海屏设计。进入 2019 年之后，整个安卓行业在全面屏上五花八门，市面上水滴屏、挖孔屏、升降结构成为 三大主流。整体来说，未来全面屏将是智能手机发展的必然趋势，全面屏带来了更好的观 影和游戏等视觉体验，以及体积更小、单手操作和更好的便携性。

全面屏手机渗透率持续上升，将成为智能手机屏幕的标配。全球智能手机出货量经历了十 几年的高速增长后，虽然出货量有所放缓，但全面屏手机渗透率的快速提升是确定的发展 趋势。根据 Witsview 数据预测，2018 年全面屏渗透率跃升至 44.6%，并且在 2019 年将继 续快速攀升至 71.6%；预计到 2021 年全面屏手机的渗透率将到 92.1%，成为智能手机屏幕 的标准配置。

TV 高清化和手机全面屏发展带动显示驱动封装方案超高密度方向发展。随着面板朝着高 像素和高分辨率发展的演进，以及芯片轻薄、短小化的需求，驱动 IC 线路中心到中心距 (pitch)、间距(spacing)等越来越微细化，封装基板设计也必须配合晶片电路间距微细化提 供对应的封装基板，引导封装基板朝向高密度的构装技术方向发展。

COF 方案减少显示屏幕边框技术优势明显。目前，主流的 COG（Chip On Glass）封装方 式，是将 Source IC 芯片直接邦定到玻璃上，因为玻璃背板上的那块芯片体积较大，所以 边框比较宽，面板端子部的边框一般在 4-5mm 左右。为了缩小边框宽度，面板厂商开始 采用 COF 封装技术。相比于传统的 COG 封装技术，COF 技术中玻璃背板上的 Source IC 芯片被放在了屏幕排线上，可以直接翻转到屏幕底部，COF 技术可以缩小边框 1.5mm 左 右的宽度。在手机全面屏和高清化 TV 具有广阔的应用前景。

TV 高清化和手机全面屏发展促进 COF 产品创新。随着产品轻量化与薄型设计及显示密度 与屏占比的提升，未来高清电视与智能型手机用的 COF 型式驱动 IC 将会是以 1-Metal(单 面) 18/16um Pitch 的 COF 及 2-Metal(双面)的 COF 为未来的设计应用主流。2-Metal(双面) 的 COF 是把在单面形成电路的 COF，在两面形成电路，比单面 COF 的电路集成度更高， 还能缩小尺寸，适合用于手机。

4.2.2. 4K 高清电视和智能手机 COF 需求持续增长

根据 IHS 数据，4K 的比重保持上升将驱动 COF 薄膜需求上升，预计 2019 年 4K 高清电视 的 COF 薄膜需求量将达到 1.46 亿片，同比增长 29.2%；伴随着 4K 高清电视对 COF 薄膜需 求的稳定增长，预计 2022 年 4K 高清电视对 COF 薄膜需求将达到 1.63 亿片。以智能手机 市场来看，因为全面屏窄边框的要求，COF 方案已经广泛采用于 AMOLED 和 LTPS LCD 产 品中，IHS Markit 预估 2019 年智能手机用 COF 薄膜需求量将扩大至 5.9 亿片，同步增长 达 70%。

4.2.3. PI 材料是 COF 封装核心难点

COF 方案主要采用聚酰亚胺（PI 膜）混合物材料，厚度仅为 50-100um，线宽线距在 20um 以下。COF 封装则是采用自动化的卷对卷设备生产，生产过程中会被持续加热至 400 摄氏 度。由于 COF 卷对卷生产过程中需要加热，而 PI 膜的热膨胀系数为 16um/m/C，相比芯 片的 2.49 um/m/C 而言，热稳定性较差，所以对设备精度和工艺要求很高。

4.2.4. 重要公司：住友和东丽

目前，COF 用 FCCL 材料主要掌握住友化学、东丽先进材料和 KCFT3 大日韩公司手中。

5. 重要应用 4-FPC：基板和覆盖层材料，目前 PI 下游重要需求

5.1. FPC 需求持续增长

FPC 是现代电子产品的关键互联器件。

FPC 助力电子产品的高密度、小型化和高可靠性方向发展。利用 FPC 可大大缩小电子产品 的体积，符合电子产品向高密度、小型化、高可靠性发展的方向。因此，FPC 在消费电子、 汽车电子、5G 通讯设施和国防军工等领域得到了广泛的应用。

全球 FPC 产值整体持续上升。随着智能手机、电脑、可穿戴设备、汽车电子等现代电子 产品的发展，FPC 产值整体呈上升趋势。根据 Prismark 的统计， 2017 年全球 FPC 产值 为125.2 亿美元，同比增长14.9%，占印制线路板总产值份额由2016 年的20.1%上升至2017 年的 21.3%，全球 FPC 产值整体呈上升趋势。

全球 FPC 产业转移，中国大陆发展迅速。21 世纪以来，随着欧美国家的生产成本提高， 以及亚洲地区 FPC 下游市场不断兴起，FPC 生产重心逐渐转向亚洲。具备良好制造业基 础及生产经验的日本、韩国、中国台湾等国家和地区 FPC 产业迅速成长，并成为全球 FPC 的主要产地。随着日本、韩国和中国台湾生产成本持续攀升，发达国家的 FPC 厂商纷纷 在中国投资设厂，制造中心由国外移至中国大陆，国际知名的 FPC 厂商如日本 NOK、日 东电工和住友电工等均在中国投资设厂，与此同时中国本土的 FPC 厂商也不断发展壮大， 在全球 FPC 市场中占据越来越重要的角色。

中国 FPC 产值规模持续攀升。近年来，中国逐渐成为 FPC 主要产地，中国地区 FPC 产值 占全球的比重不断提升，据 Prismark 的数据，2016 年中国 FPC 行业产值达到 46.3 亿 美元，中国地区 FPC（含外资企业）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。

5.2. FPC 应用领域：基板和覆盖膜

PI 膜是 FPC 的核心材料。FPC 的使用一般以铜箔与 PI 薄膜材料贴合制成软性铜箔基板 （FCCL），覆盖膜（Cover layer）、补强板及防静电层等材料制作成软板。PI 膜的厚度主要 可以区分为 0.5mil、1mil、2mil、3mil 及厚膜(甚至 10mil 以上等产品)，先进或是高阶的软 板需要厚度更薄(0.3mil)，尺寸安定性更稳定的 PI 膜。一般的覆盖膜主要使用厚度 0.5mil 的 PI 膜，而较厚的 PI 膜主要用于补强板及其它用途上。

FCCL 是电子级 PI 膜的重要应用市场。

5.3. SKC Kolon PI

SKC 与 Kolon 均拥有 40 年以上的塑料薄膜的制造技术和经验，双方都从 2006 年起开始向 市场量产供应聚酰亚胺薄膜。为了应对剧烈变化的市场情况，SKC 与 Kolon 于 2008 年 6 月合并了 PI 薄膜部门，新设立合资企业 SKC Kolon PI。两个公司合并后持续投资，更进一 步提升研发技术，使 SKC Kolon PI 成为一家全球领先的 PI 薄膜供应商，该公司的聚酰亚胺 薄膜主要用于柔性印刷电路板（FPCB）。

6. 美日韩垄断格局，加速国产替代，全球产能有望吃紧

6.1. PI 技术发展历史

美国：聚酰亚胺的产业的先驱。

美国Amoco公司分别在1964年和1972年开发了聚酰胺-亚胺电器绝缘清漆(AI)和聚酰 亚胺模制材料(Torlon)，并 在 1976 年使聚酰亚胺模制材料(Torlon)实现了商业化；1969 年法国罗纳-普朗克公司首先开发成功双马来酰亚胺复合材料预聚体(Kerimid 601)，是先 进复合材料的理想基体树脂。随后该公司在此基础上研发了压缩和传递模塑成型用材料 (Kinel)。

1972 年美国 GE 公司开始研究开发聚醚酰亚胺（PEI），并于 1982 年形成年产万吨级生 产装置。

半导体产业的第一次转移：从美国转移到日本。随着半导体技术的创新，半导体逐渐从军 工应用转向民用家电领域。从 20 世纪 70 年代起，因有美国对日本的产业扶植，一些美国 的装配产业开始向日本转移。日本抓住了这次发展机会，其半导体产业趁势崛起，全球半 导体产业开始出现了第一次转移：从美国转移到日本。

宇部兴产首次打破杜邦聚酰亚胺薄膜垄断。作为微电子应用的明星材料，日本的聚酰亚胺 产业随着日本半导体产业的崛起而快速发展。1978 年日本宇部兴产公司先后发展了聚联 苯四甲酰亚胺 Upilex R 和 Upilexs，打破了“Kapton”薄膜独占市场 20 年的局面，其 薄膜制品优异的线膨胀系数(12～20ppm)达到接近单晶硅和金属铜(17ppm)的线膨胀系 数，成为覆铜箔薄膜的最佳选材，可广泛应用于柔性印刷线路版，是聚酰亚胺电子薄膜划 时代的很大进步。

日本钟渊化学(Kaneka)于 1980 年开始实验室内研究聚酰亚胺薄膜，并成功开发出一种新 型“均苯”型 PI 薄膜，商品名为“Apical”，公司于 1984 年建立了量产 PI 薄膜的生产线， 商品牌号为 Apical，产品主要应用于柔性印刷电路板(FPCs)。1995 年，公司 APICAL AH 型号生产厚度规格有 175μm、200μm 和 225μm。

1983 年 杜邦与日本东丽对半合资建立东洋产品公司，由杜邦提供技术和原料,专门生产 Kapton PI 薄膜；1985 年 9 月，公司投产生产，薄膜宽度为 1500mm。

1994 年日本三井东压化学公司报道了全新的热塑性聚酰亚胺(Aurum)注射和挤出成型用 粒料，该树脂的薄膜商品名为 Regulus。

半导体产业的第二次转移：从日本转移到韩国和中国台湾。在 20 世纪 90 年代前后，日 本的半导体产业发展突飞猛进，一跃成为全球第一大半导体国家。之后，由于美国担心日 本半导体产业对其本土半导体产业的冲击，开始对日本的半导体进行打压，同时对韩国进 行扶植，随后半导体产业进行了第二次转移。

PC 时代的兴起带动韩国和中国台湾聚酰亚胺产业的发展。随着 PC 时代的兴起，韩国和 中国台湾抓住了从大型机到消费电子的转变期对新兴存储器与代工生产的需求，承接了半 导体产业转移的市场，高端制造业迅速发展。作为半导体产业支撑的关键材料之一，韩国 和中国台湾的聚酰亚胺产业也获得了发展机遇。

韩国 SKC 于 2001 年启动 PI 薄膜的研发 2005 年完成 LN、IF 型号的开发(12.5～25.0 μm)，并建立了批量生产线。2006 年完成 LS 型号的开发，并于 2007 年 6 月应用于三 星/LG 手机，2009 年 10 月开始供应给世界一号 FPCB 公司使用。中国台湾达迈公司从 2001 年开始试运行 T1 产线，后于 2012 年 T4 产线投入运营，至今，达迈工艺已经运营 5 条产线。2008 年 SKC 和 Kolon Industries 合资成立了 SKC KOLON PI 公司。

中国：未来聚酰亚胺的重要供应市场。随着移动互联网和 5G 时代的发展，中国庞大的市 场和能容纳各种商业模式与应用场景的特点将进一步加强，中国大陆对于半导体产业的需 求将大幅提升。中国广阔的市场需求未来将极大地带动中国半导体产业的发展，以及吸引 众多海内外厂商和人才，这必然会促进半导体产业向中国大陆转移。因此，未来中国的聚酰亚胺产业将迎来发展的黄金时期，促进中国聚酰亚胺产业走向从低端走向中高端材料供 应的发展道路。

6.2. 中美贸易战和日韩贸易摩擦

贸易战中美国针对部分中国企业实施制裁，并对中国商品加征高额关税，提高了下游终端 客户经营的成本和难度。基于对生产经营安全性和稳定性的考虑，下游部分大客户将配套 供应链向国内转移，国内企业订单有望增加。

根据日本 METI 政府网站消息，从 2019 年 7 月 1 日开始，日本将韩国从出口贸易“白名单” 中删除；从 7 月 4 日开始，日本向韩国出口氟化聚酰亚胺、光刻胶和高纯氟化氢这三种材 料需要单独申请出口许可证并进行出口审查。

韩国是全球 OLED 和半导体制造和出口大国，对半导体产业发展有较高依赖度，根据韩国 贸易协会数据，2018 年韩国半导体出口额约 1267 亿美元，约占总出口 21%。日本把控全 球电子材料重要产能，特别是高端电子材料，例如光刻胶、硅片、特种气体等，对包括韩 国、台湾、大陆的半导体产业有着至关重要的作用。

PI 是此次日韩贸易摩擦中日本限制出口的三种电子材料（PI、光刻胶和高纯氟化氢）之一， 主要用于柔性 OLED 基板制程，日本基本垄断了全球主要产能：OLED 用 PI 在全球范围内 目前主要是日本的 UBE 和 Kaneka 两家公司生产，分别供应韩国三星和 LGD。

此次日本三大材料出口韩国政策调整的影响，我们判断其影响类似 18 年底韩国 OLED 行 业的 TopTec 对大陆设备出口限制事件，主要影响有：（1）下游各 OLED 和半导体制造商 会长期逐步降低对单一供应商或者单一地区供应商的依赖；（ 2）加快扶持本土产业集群是 降低供应链安全的重要趋势。因此我们判断韩国会逐步加快培养本土 PI/光刻胶/高纯氟化 氢等产品供应商，同时大陆 OLED 和半导体用战略物资（不仅仅是此次三大材料）将加速 进口替代。

6.3. PI 材料进口受日韩疫情影响，将加速国产替代进程

我国目前的 PI 薄膜市场在制造水平上比较落后，高端 PI 膜高度依赖进口。2017 年，PI 膜 市场主要参与者，分别是美国杜邦、日本宇部兴产、钟渊化学、迈达、韩国 SKC 等。

日韩疫情有望加速进口替代、行业盈利能力提升。目前，此次疫情若在日韩扩散，电子原 材料产商受到影响，可能会出现供货不足的问题。而我国目前 PI 材料依赖日韩进口，势必 受到影响，在这种环境下，国产替代必将加速进行，同时毛利率有望提升。达迈是专注聚 酰亚胺（PI）薄膜研发的中国台湾公司，近年毛利率在 25-35%，16Q1-16Q3 毛利率提升 显著，我们判断主要是因为上一轮行业提价，19Q1 以来行业盈利水平回有所回落，我们 判断日韩产能紧张情况下，行业盈利水平有望提升。

7. 投资机会：大陆 PI 行业加速国产化红利（略）

7.1. 万润股份：精细化工领先公司，布局发力 PI 新产品

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

7.3. 鼎龙股份：打印耗材领先公司，布局发力 CMP、PI 浆料

7.4. 国内非上市公司

7.4.1. 深圳瑞华泰

7.4.2. 武汉依麦德

……

8. 附录：PI 行业全球重要公司介绍（略）

8.1. 美国杜邦

8.2. 日本住友化学

8.3. 韩国 SKC Kolon PI

8.4. 日本钟渊化学

8.5. 宇部兴产

8.6. 中国台湾达迈

……

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