摘要
高频高速推动树脂体系升级,PTFE凭借低损耗特性成为重要候选。随着通信频率和数据传输速率提升,覆铜板对介质损耗及介电稳定性的要求持续提高,传统FR-4常用的环氧树脂体系难以覆盖更严苛的应用需求,PTFE、PPE及碳氢树脂等低损耗材料的重要性逐步提升。PTFE分子结构赋予其较低的介电常数和介质损耗,天然适配高频信号传输,同时还具备低吸湿、耐热、耐化学腐蚀、耐候等优势。但其热膨胀系数较大、导热性和刚性不足、界面粘接困难、熔融黏度高等缺陷限制了加工适应性、带来较严重的翘曲问题。因此PTFE的应用潜力仍需通过材料改性与工艺优化进一步释放。
玻纤布浸渍和填充料片材构成PTFE覆铜板主要制备路线。PTFE产业链上游涉及萤石、硫酸、甲烷等原料,首先聚合制得TFE单体,再经悬浮聚合或分散聚合及后处理形成颗粒树脂、细粉树脂和浓缩分散液三种产品形态。由于PTFE难以采用常规熔融加工,其覆铜板主要通过玻纤布浸渍或填充料片材两大工艺路线制备。浸渍路线工艺成熟,玻纤布可提供机械支撑,但需控制单次上胶量、树脂与玻纤布的结合性,还需承受玻纤可能带来的额外介质损耗。填充料片材先将PTFE加工成片材再层压烧结制得覆铜板,可不使用玻纤等增强材料,具体采用模压、压延及车削等方式,其中模压局限于生产厚板和小板,应用度较低,车削局限于纯PTFE膜材和低填料含量片材,主要用作粘结片,压延可制得高填料含量片材。
高频领域已有商业应用基础,高速服务器提供潜在增量。PTFE覆铜板已应用于通信基站天线、馈电网络、功率放大器及汽车毫米波雷达等射频场景,具备成熟的产品布局。而随着AI算力基础设施发展,服务器及交换机的互连速率持续提升,PCB传输通道的损耗预算进一步收紧,客观需要导入更低损耗的材料体系,PTFE成为英伟达下一代rubin ultra正交背板的热门树脂选项之一。但射频领域的成熟应用不能直接等同于高速高多层板的规模化应用,新增需求的最终释放仍取决于终端架构、具体板位及叠层方案设计,以及从PTFE材料到CCL和PCB的全链条有效供给保障。
规模化应用的关键在于兼顾低损耗、可加工性、制造良率与综合成本。材料端需通过聚合物共混改性、无机填料改性及纤维增强等手段改善PTFE的热膨胀系数过大、导热、刚性和界面结合等不足,同时保持介电性能优势,这其中系列工艺参数的精准调控是关键。覆铜板热压烧结环节同样需注重参数调试,保证多层压合效果。PCB端则需解决软质基材钻孔、惰性材料去钻污、孔壁活化与金属化等问题,尤其高速高多层结构增加了加工误差累积和互连失效风险。只有形成稳定的工艺窗口,并通过长期可靠性验证,PTFE的电学优势才能转化为可持续的商业竞争力。
投资建议:AI高速互联推动低损耗材料升级,建议关注PTFE产业链从技术验证向批量应用转化的投资机会。NV作为推动AI服务器材料升级的重要主导方,尤其需关注NV链上参与度较高的上市标的。1)PCB端关注沪电股份、深南电路等,两家均积极配合NV开展PTFE基PCB材料测试验证。2)覆铜板端关注生益科技,与NV合作深厚,也是国内少数同时具备碳氢、PTFE两种M10技术路线能力的供应商。3)树脂及膜材端关注东岳集团、昊华科技、巨化股份、肯特股份、沃特股份,尤其东岳集团是生益科技PTFE树脂核心供应商之一。4)球形硅微粉作为重要无机填料选项之一,可重点关注联瑞新材、雅克科技、国瓷材料、凌玮科技等。
风险提示:下一代平台材料路线变化风险、加工良率与认证进度低于预期风险、PFAS合规政策风险。
01
高频高速驱动树脂升级,PTFE低损耗优势凸显
图表1:不同树脂材料的介电常数和介质损耗因子

来源:汤阳等《聚四氟乙烯在5G通信领域的应用进展》,国盛证券研究所
图表2:不同基材用树脂的对比

来源:汤阳等《聚四氟乙烯在5G通信领域的应用进展》,国盛证券研究所
PTFE树脂凭借其分子结构赋予的低介电常数和低介质损耗特性,成为高频高速覆铜板低损耗材料设计的重要候选方案。PTFE(聚四氟乙烯)是TFE(四氟乙烯)的聚合物,是一种重要的有机氟材料,具有“塑料王”之称。PTFE分子主链由C-C键构成,所有的侧键都为C-F键,这种高度对称的结构以及F元素的特性赋予了PTFE材料一系列优异性能,包括但不限于:1)优异的电气性能。在所有高性能覆铜板用基体树脂中,PTFE具有最小的介电常数及介质损耗,且在较宽的频率和温度范围内其介电性能基本保持稳定不变。2)化学惰性强、耐腐蚀。几乎所有的强酸、强碱、强氧化剂及有机溶剂都不能溶解它,即使是王水在室温下也不能溶解它。3)热稳定性好。PTFE的熔点在327℃左右,裂解温度在400℃以上,能够在-200℃-260℃温度范围内长期工作。4)吸水率低。PTFE本身为非极性分子结构,具有疏水性。5)耐候性好。PTFE材料可以暴露在户外20年以上不会有机械性能的明显损失。此外还具有难燃、不粘、润滑性好等特性。

PTFE大规模应用于高频高速覆铜板,仍需突破性能与加工瓶颈。PTFE具备众多优良特性但尚未在高频高速领域大面积应用,主要系材料本身固有的系列缺陷仍需改进,比如:1)热膨胀系数大。PTFE在25℃-250℃下其热膨胀系数达100-120ppm/℃,会导致PTFE与其他材料复合时因材料受热后在单位温度内尺寸变化不相同而引起开裂。2)导热性差。PTFE材料热导率很低,仅0.20W/(m∙K),易造成热膨胀、热变形和热疲劳等问题。3)机械性能差。PTFE分子之间的吸引力较小,因此其抗拉强度很低,硬度也较低,且没有回弹性。4)结合性差。由于PTFE表面能极低和分子结构高度对称,使得PTFE与其他材料进行复合改性时,两者界面结合性往往很差。5)成型困难。PTFE拥有较高的熔融温度和结晶度,熔融状态下粘度较大,流动性差,导致其成型困难。6)价格昂贵。针对以上短板还需对材料做进一步改性处理和工艺协同优化,以释放其在高频高速领域的应用潜力。
02
浸渍与片材多种路线并行,工艺选择影响板材性能
PTFE制备覆铜板主要采用玻纤布浸渍和填充料片材两大路线。PTFE的最上游原材料包括萤石、硫酸、甲烷等,首先聚合制得TFE,再经过悬浮聚合/乳液聚合两种聚合方式形成三种PTFE树脂产品形态,即悬浮树脂(颗粒)、分散树脂(细粉、微粉)和浓缩分散液树脂。PTFE是一种热塑性高分子材料,可经过重复加热成型,但是PTFE熔点较高(熔点在327℃左右)且熔融粘度极大(10^11-10^13cp),常规的熔融挤出、注塑成型等工艺均不适用于PTFE高频高速覆铜板的成型加工,主要采用的工艺路线有玻纤布浸渍和填充料片材两大类,后者又包括模压、压延和车削工艺等。
图表4:TFE聚合得到PTFE的工艺方法和产品形态梳理

来源:瀚萨密封件、永氟新材料,国盛证券研究所
1、玻纤布浸渍是PTFE覆铜板工艺成熟、应用广泛的主流制备路线之一。对应生产工艺流程大致分为四个环节:1)玻纤布的处理:工业中常用的处理方法是将玻纤布在450℃下以10-15m/min的速率进行烘烤,除去玻纤布表面的蜡质,增加玻纤布表面的张力,也增加树脂与玻纤布的浸润性。2)胶液的配制:主体为PTFE树脂分散液,可根据不同的性能要求添加其他高分子树脂、某种或几种无机粉料、某些助剂进行复配混合,制得混合胶液。3)玻纤布的浸胶:浸胶过程就是生产半固化片的过程,即在玻璃布上涂覆胶液,由于PTFE分散液粘度低,单次浸渍的上胶量较低,需多次浸渍才能使PTFE的质量分数和膜厚度达到期望值,但同时又要避免因厚度太大导致的树脂层开裂等问题。4)热压烧结:将多块半固化片叠合在一起,在其上下各放一张铜箔和粘结片,然后送进热压机中进行压合。玻纤布浸渍工艺的主要优势在于玻纤布提供了机械支撑,主要缺陷在于玻纤可能增加介质损耗,且玻纤编织效应可能影响介电均一性。
图表5:PTFE通常需要多次浸渍

来源:江恩伟《聚四氟乙烯覆铜板的制造技术及其发展趋势》,国盛证券研究所
图表6:玻纤布浸渍法PTFE覆铜板生产工艺流程图

来源:汤阳等《聚四氟乙烯在5G通信领域的应用进展》,国盛证券研究所
2、填充料片材生产工艺即先将PTFE加工成片材,主要方法有模压、车削和压延,再进行层压烧结制得PTFE覆铜板。其中模压片材局限于生产较厚且尺寸较小的板材,车削和压延法可以制得较薄、大尺寸产品,但车削法只能制备纯PTFE膜材和低填料含量的片材,而压延法可制得高填料含量的片材。
1)模压法工艺相对直接,但难以制备薄型化及大尺寸板材。模压工艺路线下使用PTFE分散粉料或者颗粒,与无机粉料进行复配,可添加或不添加短切玻纤等增强材料,再将混合均匀的混合料置入特定大小的模具中直接压成片状坯料。然后将预成型的料片单面或双面覆以铜箔,经叠层后放入高温高压的热压机中压制成覆铜板。模压板一般较厚且尺寸小,短板较明显。
2)PTFE压延工艺路线对配方和过程控制要求较高。压延法可使用PTFE细粉或PTFE分散液作为初始原料,若使用粉料可直接与无机填料进行混合,若使用分散液需先添加絮凝剂使混合液发生分层絮凝、再使用尼龙滤袋将絮凝物过滤得到混合物。混合物先后进行干燥、添加润滑剂,再经过多次辊压制得要求厚度的薄片。随后放入烘箱进行烘烤(246℃,24h)以充分去除助剂,最后双面覆铜得到无玻纤增强的PTFE覆铜板。该工艺由于不使用玻纤增强,板材的介电性能更均一,且各向尺寸稳定性更一致,但也存在产品力学性能差、成品率低等缺点。关键技术控制点在于无机粉料分散的均匀性、无机粉料与PTFE树脂的相容性、复合材料的密实度等。

3)车削法制备的PTFE薄膜通常用作粘结片。车削法使用PTFE粉末和无机填料等混合均匀,再经过预成型和烧结形成圆柱坯料,然后使用特制的刀具进行车削制备薄膜。该工艺主要用于制作纯PTFE树脂膜或者部分低填料含量的片材(无机粉料占比低于20%wt),用作PTFE覆铜板的粘结层,若无机粉料占比过高或粉料硬度较大,对薄膜表观会造成不利影响,且对刀具的磨损也较大,无法保障薄膜厚度均匀性。
图表8:PTFE车削工艺流程图

来源:卢悦群等《PTFE基高频覆铜板的现状及未来趋势》,国盛证券研究所
03
高频应用基础扎实,高速互联打开潜在增量空间
PTFE覆铜板在5G通信、汽车毫米波雷达等领域已有成熟商业应用。4G通信设备的PCB广泛使用环氧树脂玻璃布基覆铜板(FR-4),而随着5G向更高频段发展,尤其在毫米波应用中,信号在PCB上传输的损耗控制更加重要,传统FR-4难以满足高频电路传输要求,需要采用PTFE、碳氢化合物及PPE等低介电树脂来制作覆铜板和PCB,用于5G基站的天线阵子、滤波器、以及CU(集中单元)/DU(分布单元)等部分。生益科技已有玻纤增强PTFE板材产品用于基站天线、功率放大器及天线馈电网络,另外大金、罗杰斯等也有相关产品用于基站和汽车毫米波雷达等领域,足以说明高频覆铜板用PTFE具有明确的产业基础。
高速AI服务器、交换机等构成需要持续验证的潜在增量方向。PTFE凭借极致低损耗特性,可有效解决超高算力场景下的信号衰减、时延超标等痛点。随着英伟达下一代rubin ultra平台的互连速率需求向224Gbps甚至337Gbps的超高频区间演进,现有材料方案面临更严格的损耗要求,而PTFE是超高频信号传输中介电损耗较低的树脂选项之一,被业内视为M10级超低损耗覆铜板核心树脂的重要候选,也因此成为rubin ultra正交背板的热议方案之一。
04
材料改性与加工优化协同,良率和成本决定放量进程
PTFE在高速信号板的批量应用仍需解决材料改性和PCB加工两大难题,材料端需通过共混改性/填料改性/纤维增强等手段在保持电学性能优势的同时弥补热膨胀系数过大、化学惰性、不粘性等短板,PCB加工端则需持续优化钻孔、去钻污、孔壁金属化等工艺。只有在保持PTFE材料固有低损耗优势的同时,兼顾制造良率、长期可靠性和成本,其性能潜力才能有效转化为高速覆铜板的规模化运用。
PTFE材料改性的核心壁垒在于系列工艺参数的精准控制。PTFE材料成型温度过高、加工困难、粘结能力差、力学性能差、热膨胀系数大、导热性低等缺陷主要通过改性的方式予以弥补:1)共混改性是采用相似相容原理、溶解度参数相近原理、表面张力相近的原则,将PTFE与其他有机聚合物(如PFA分散乳液)共混,以提高其本身的加工性能和使用性能。共混配比配方、与后续工艺适配性等参数控制为关键技术问题。2)填料即填充材料,是通过自身的物理特性和表面相互作用来改变材料的物理和化学性质,比如降低热膨胀系数、提高阻燃性、导热系数、力学性能等。填料的添加量、以及填料与树脂之间混合、致密度和收缩率的控制非常关键,混合不均匀会造成介电性能局部存在差别;填充过量会降低致密度、增加气孔率,而片材的介电性能和长期稳定性将严重受到气孔影响;收缩率过大会导致热压烧结过程中产品开裂、与铜箔结合力差等问题。常用的无机填料包括硅微粉(二氧化硅)、滑石粉、氢氧化铝、氧化铝等,其中二氧化硅具备优异的化学稳定性、低介电常数、低热膨胀系数,在覆铜板行业被大量使用,氧化铝、氮化铝、氮化硼等常被用来提高板材的导热能力。3)玻纤等无机纤维增强:添加纤维对PTFE结晶、机械支撑有促进作用,但可能降低复合材料的介电性能,需控制优化乳液配方、单次浸胶量、改善树脂在玻纤布表面的均匀性、避免开裂等问题。
图表9:覆铜板用主要无机陶瓷填料与E玻纤布的性能

来源:谭友洪《聚四氟乙烯基高频覆铜板制备及性能研究》,国盛证券研究所
覆铜板制备中热压烧结工艺的核心亦是确定参数,保证多层压合效果。层压板的质量高度取决于热压温度、热压压力和热压保温时间等参数调试,尤其是在PTFE结晶-无定型形态的变化温度区间300-340℃内的参数控制。一般要求保温阶段在380℃/60min以上,最大压力在4MPa-10MPa间,升温速度可以尽量快,通常2℃/min-5℃/min,降温速度在300℃-340℃区间应尽量慢,以降低板材的内应力,一般要求0.5℃/min-1℃/min,真空度一般要求低于1333.22Pa(10 torr)以避免铜箔氧化。
基于PTFE材料的PCB板制作难点在于钻孔、去钻污、孔壁金属化等环节。由于PTFE基材属性偏软,导致在钻孔加工过程中因钻头进出对PTFE材料的冲击和拉扯作用产生孔变形和毛刺问题,可通过选择合适的钻孔参数、在钻入面和钻出面增加硬质材料支撑等方式予以缓解,另外切屑堆积和一些硬质填料如陶瓷填充也会加快钻头磨损,可能需要增加冷却停留、优化排屑或采用分布钻孔。再者,钻孔后残留的PTFE钻屑因化学性质极其稳定,常规PCB用的化学除胶方法(高锰酸盐的强氧化性除胶)无法清除PTFE残胶,导致孔壁浸润能力差,极大限制了后续沉铜药水在孔壁的沉积。此种情况需采用等离子除胶法,即利用氧气、氢气、氩气、四氟化碳、氮气等气体,对PTFE板孔内钻污物进行攻击,同时对孔壁表面活化,改善其亲水性,让沉铜药水在孔壁充分沉积,或进行激光钻孔将PTFE残胶进行碳化后处理,再进行表面活化。高速信号板复杂的结构设计会明显放大工艺偏差,更多的层间界面和孔数以及更低的容错率会导致单个环节的小偏差更易累积成整板良率不达标。
05
PTFE全产业链梳理:聚焦技术和认证
5.1. PTFE树脂与膜材
原料端主要聚焦于具备电子级PTFE分散液、粉料专用牌号供应能力,同时产品性能通过下游客户认证的企业。海外以日本大金、美国科慕、日本AGC等企业为主,国内目前主要参与企业为东岳集团、昊华科技和巨化股份,另有单独加工PTFE膜材的企业肯特股份、沃特股份。高端氟材料国产替代正在稳步推进过程中,尤其电子、半导体用高端品此前长期依赖进口,核心生产工艺专利仍主要掌握在海外企业手中,国内企业持续技术攻坚已取得部分突破并切入头部客户供应链。
图表10:全球及国内电子级PTFE原料主要参与企业梳理

来源:日本大金公司官网、宁波时锦塑料、四氟新材料、找塑网、日本AGC公司官网、中国氟硅有机材料工业协会、wind、沃特股份公司公告,国盛证券研究所
5.2. 硅微粉
低损耗球形硅微粉是PTFE等多种树脂复合改性的重要配套材料,在高速服务器材料升级中亦具备潜在成长弹性。全球供给方面,日本Denka、Admatechs、龙森等是高端电子级球形硅微粉的重要参与者;国内联瑞新材、雅克科技旗下华飞电子已有相关生产销售基础,国瓷材料、凌玮科技等也在推进低损耗球形二氧化硅产品布局。
图表11:全球及国内电子级球形硅微粉主要参与企业梳理

来源:Denka公司官网、龙森公司官网、Admatechs公司官网、各公司公告,国盛证券研究所
5.3. PTFE覆铜板
自1960年美国杜邦公司首次将PTFE树脂用于制造低介电常数、耐热的印制电路板以来,国外针对PTFE基覆铜板的研发和生产已有超60年历史,当前全球PTFE基覆铜板市场中,美国罗杰斯/Rogers、日本泰康利/Taconic、美国伊索拉/Isola、日本松下电工和日本中兴化成等占据主要份额。国内掌握PTFE高频覆铜板生产技术并能稳定提供产品的厂商数量相对有限,主要包括生益科技、华正新材、中英科技、泰州旺灵等,台湾地区有台虹科技、台燿科技、腾辉电子等。
图表12:全球及国内PTFE基覆铜板主要参与企业梳理

来源:罗杰斯公司官网、iPCB、电子发烧友网、日本AGC公司官网、三强线路、汤阳等《聚四氟乙烯在5G通信领域的应用进展》、中英科技公司官网、李彤《聚四氟乙烯乳液在高频覆铜板中的应用》、台燿科技公司产品手册、台虹科技公司官网、腾辉电子公司官网、亚洲电材公司公告、亚洲电材法说会简报,国盛证券研究所
5.4. PTFE PCB板
PTFE基印制电路板的供给主要来自具备高频材料加工经验的专业PCB厂商,竞争核心要素在于复杂结构的制造能力、良率和客户认证。海外代表型企业包括美国TTM、德国KSG及德国Schweizer等,产品能力覆盖射频微波、雷达等应用;国内主要参与企业包括沪电股份、深南电路、生益电子、景旺电子等,推测国内企业同样是在射频板等领域具备一定商业应用基础,但在高速高多层板的实际应用进展仍需跟踪。
图表13:全球及国内PTFE基印制电路板主要参与企业梳理

来源:TTM公司官网、Schweizer公司手册、KSG公司官网、沪电股份公司财报、捷配、深南电路公司官网、生益电子定增募集说明书、景旺电子公司财报,国盛证券研究所
06
投资建议
07
风险提示
下一代平台材料路线变化风险、加工良率与认证进度低于预期风险、PFAS合规政策风险。


VIP复盘网