MLCC设备研究框架：进口替代从零开始，设备新星崭露头角

主要观点 MLCC是应用广泛的被动元器件。陶瓷电容器具备体积小、电压范围大等特点，在电容器市场中占据超过一半的市场份额，而多层陶瓷电容器已成为主要的陶瓷电容器。MLCC下游移动终端、汽车、军工应用占比最高，根据智多星顾问数据，2020年三者的应用占比分别为33.3%、13.8%、12.3%，合计占比约59.4%。根据中国电子元件行业协会，2020年全球MLCC市场规模为1017亿元。受5G和汽车电子行业发展的推动，预计MLCC行业未来几年将稳步增长。 MLCC的生产工艺与设备：MLCC是通过陶瓷电介质和金属内电极交替堆叠并经共烧而成。两个相邻的内电极构成一个平板电容，一个MLCC就相当于若干个这样的平板电容器并联，具体设备包括流延机、印刷机、叠层机、烧结炉、检测和包装设备等。根据测算，全球MLCC设备的保有量市场规模约为544亿元。假设全球MLCC按照每年10%速度扩产，存量产线更新周期为10年，则MLCC设备年新增市场规模约为109亿元。 国内MLCC企业积极扩产，设备商有望快速发展。在行业向好和国产化的背景下，国内MLCC企业扩产意愿强烈，2021年风华高科、三环集团等企业均公告了大规模的扩产计划。MLCC核心设备壁垒较高，此前高端的流延机、叠层机、六面检测机等主要为日韩企业供应，随着国内MLCC产业的发展，以及国内企业技术的持续进步，国内MLCC设备商在某些环节逐步实现突破，有望实现快速发展。以博杰股份旗下的奥德维为例，其六面检测机的检测速度已经超过1W颗/min，检测速度和精度均达到行业领先水平，国产化快速推进。 受益标的：博杰股份、利和兴等。 研究框架 根据测算，全球MLCC设备保有量市场规模约为544亿元；假设全球MLCC按照每年10%速度扩产，存量产线更新周期为10年，则MLCC设备年新增市场规模约544*（10%+10%）=109亿元； MLCC核心设备壁垒较高，此前高端的流延机、叠层机、六面检测机等主要为日韩企业供应； 国内MLCC设备商有望快速发展，以博杰股份旗下的奥德维为例，其六面检测机的性能已达到行业领先水平，处于快速发展阶段。同时还有测包机等其他MLCC设备在研，也有望快速发展。 1.1 MLCC是应用极为广泛的被动元器件 电子元器件分为主动电子元器件和被动电子元器件两大类。被动电子元器件是只消耗元器件输入信号电能的元器件，本身不需要电源就可以进行信号处理和传输，又被称为无源器件；而主动电子元器件需有器件提供相应的电源，又被称为有源器件。 电容是应用广泛的被动元器件，主要作用是充放电荷。根据电介质的不同，电容器可以分为陶瓷电容器、铝电解电容器、钽电解电容器和薄膜电容器等。陶瓷电容器因为具备体积小、电压范围大等特点，目前在电容器市场中占据超过一半的市场份额。 1.1 MLCC是应用极为广泛的被动元器件 陶瓷电容器可以分为单层陶瓷电容器（SLCC）、多层陶瓷电容器（MLCC）和引线式多层陶瓷电容。单层陶瓷电容器即在陶瓷基片两面印涂银层，然后经低温烧成银质薄膜作极板后制作而成，其外形以圆片形居多。多层陶瓷电容器则采用多层堆叠的工艺，将若干对金属电极嵌入陶瓷介质中，然后再经高温共烧而形成，其又可以分为引线式多层陶瓷介电容器和片式多层陶瓷电容器。 MLCC是主要的陶瓷电容器。多层陶瓷电容器具有电容量范围大、体积小等优势，已成为主要的陶瓷电容器。根据前瞻产业研究院数据，多层陶瓷电容市场规模占整个陶瓷电容器的93%。 1.1 MLCC是应用极为广泛的被动元器件 MLCC具备多种优点，得到广泛应用。MLCC除具有电容器“隔直通交”的特点外，还具有体积小、电容量大、频率特性好、工作电压和工作温度范围宽、无极性等优点，是噪声旁路、电源滤波、储能、微分、积分、振荡电路等的基本元件，被广泛应用于消费电子、汽车电子、航天航空、船舶、兵器、医疗设备、轨道交通等领域。 MLCC下游移动终端、汽车、军工应用占比最高。根据智多星顾问数据，2020年MLCC在移动终端、汽车、军工领域的应用占比分别为33.3%、13.8%、12.3%，合计占比约59.4%。 技术发展方向。随着电子整机不断向小型化、大容量化、高可靠性和低成本的方向发展。MLCC技术也持续发展和升级，朝着尺寸小型化、大容量化、高频化等方向发展。 1.2受车载和5G推动，行业未来几年稳步增长 新四化推动汽车电子市场需求增长。电动化、智能化、网联化、共享化已成为汽车产业的升级方向，其中电动、智能和网联都是通过各种电子元器件组成的功能模块实现的，而MLCC作为使用数量最多的被动元器件之一，随着汽车产业的升级，车规级MLCC的需求不断增加。根据中国电子元件协会数据，纯电动车的MLCC单车用量约为18000个，使用数量远超传统的燃油车。 车规级MLCC质量要求高。由于被动元件是在狭小而严苛的汽车内部环境中使用，对温度、湿度、气候、抗震等适应能力要求很高。以MLCC的工作温度范围为例，消费类MLCC最高工作温度一般是85°C至125°C，但车规级MLCC一般要求最低125°C。此外，车规级MLCC的寿命要求也明显增加。消费类MLCC的寿命要求一般为3-5年，但是车规级MLCC的寿命要求15年以上。 1.2受车载和5G推动，行业未来几年稳步增长 汽车用MLCC需求有望稳步增长。根据智多星顾问数据，2020年全球汽车用MLCC需求量约为3790亿只，同比增长9.1%；预计到2025年全球汽车用MLCC需求量将达到4730亿只，五年平均增长率约为4.6%。2020年中国汽车用MLCC需求量约为1240亿只，同比增长27.2%，2025年中国汽车用MLCC需求量将达到1630亿只，五年平均增长率约为5.7%。 1.2受车载和5G推动，行业未来几年稳步增长 5G推动MLCC市场需求增长。手机产品功能的复杂化、多元化及5G通信技术的普及，带动消费电子被动元件需求增加。根据新莱福招股书（申报稿），5G手机中MLCC单机用量将上升至1000颗以上，而传统手机的MLCC单机用量仅为290～350颗。根据村田的预测数据，随着5G的发展，智能手机、基站等对MLCC需求都将持续增长。 同时5G对MLCC产品提出了更高的要求。1）5G设备频率更高，带宽更宽，对MLCC的高频性能要求更高；2）5G基站布局更密，体积更小，使得MLCC向小型化转变；3）5G数据运算增加，功耗大容易造成局部高温，对MLCC的工作温度上限要求提升，同时也需要更高的耐电压。 1.2受车载和5G推动，行业未来几年稳步增长 全球MLCC千亿市场。根据智多星顾问数据，2020年全球MLCC市场规模为1017亿元。根据中国电子元器件协会数据，2019年中国MLCC市场规模规模约为438亿元，是全球最大的MLCC市场。 MLCC出货量稳步增长。根据Paumanok数据，2011-2019年全球MLCC出货量由2.3万亿只增长至4.49万亿只，CAGR约8.72%。 根据智多星顾问预测，预计到2025年，全球MLCC市场规模将达到1,490亿元，2020-2025年复合增长率约为7.9%。 2.1 MLCC生产流程及对应设备 MLCC的生产流程：MLCC是通过陶瓷电介质和金属内电极交替堆叠并经共烧而成。两个相邻的内电极构成一个平板电容，一个MLCC就相当于若干个这样的平板电容器并联，因此层数，介质材料的厚度及介电常数决定了整个MLCC的容量。 2.1 MLCC生产流程及对应设备2.2重点工艺-配料 配料：制备瓷浆，主要设备为球磨机和砂磨机。配料是将陶瓷粉、粘合剂及溶剂和各种添加剂按一定比例经过一定时间的球磨或砂磨，形成均匀、稳定的瓷浆。瓷浆一般由瓷粉、溶剂、分散剂、粘合剂、增塑剂、消泡剂等组成。主要设备为球磨机和砂磨机。 球磨机：是物料被粉碎后，再进行粉碎的关键设备，适用于粉末各种设备及其他物料。设备工作时，通过球磨作旋转运动使罐内介质被提起后呈倾流状态滚边滑下，球体相互碰撞或相互摩擦，使得瓷浆料中的大颗粒解聚，同时使球间的浆料处于高度流动状态，使瓷浆得到分散。 砂磨机：砂磨机属于湿法超细研磨设备，是从球磨机发展而来。利用泵将预先在浆料桶内经搅拌混合的瓷浆输入密闭的研磨腔体内，与高速转动的研磨介质接触，通过碰撞、摩擦和剪切作用达到加快磨细微粒和分散聚集体的目的。多次循环后，使瓷浆达到要求的细度和很窄的粒度范围。 2.2重点工艺-流延 流延：将瓷浆通过流延机的浇注口，使其涂布在绕行的有机硅薄膜上，从而形成一层均匀的瓷浆薄层，再通过热风区（将瓷浆中绝大部分溶剂挥发），通过加热干燥方式，形成具有一定厚度、密度且均匀的薄膜（一般膜片的厚度在1um-20um之间）。 成型过程中流延挤出方式分为两种。Onroll方式一般适用于厚膜，是缝口模头挤出方式，使后滚轴的中心对上模具的喷口处；Offroll方式一般用于薄膜，是模具喷出口在后滚轴中心线的上方，基材在没有接触后滚轴处被涂覆上浆料，这种方式也称气垫法或张网法。 2.2重点工艺-印刷 印刷：通过丝网版将内电极浆料印刷到陶瓷膜片上，烘干后得到清晰、完整的介质膜片。 印刷的方法包括凸版印刷、凹版印刷、平板印刷和丝网印刷。其中丝网印刷具有设备工装成本低，内浆利用率高浪费少，电极图案渗边少，丝网设计灵活等优点，因此应用更为广泛。 2.2重点工艺-叠层 叠层：将印刷好的介质膜片一张一张按一定错位整齐叠合在一起使之形成厚度一致的巴块。 叠层时底部和顶面还需要加上陶瓷膜保护片，以增加机械强度和提高绝缘性能。该道制程需要管控的是叠层时的温度、压力、时间，以及错位位置的对位管控和环境的洁净度等，所以也需要在无尘室里面完成。 叠层工艺对叠层机的可叠层数和叠层精度要求很高，国内企业的堆叠层数与日韩相比仍有差距，目前高端的叠层机仍以进口为主。 2.2重点工艺-烧结 烧结：MLCC的一道核心工序是烧结，以1000℃以上的温度将陶瓷生坯烧结成瓷。烧结可以使排胶后的芯片成为内电极完好，致密性好，尺寸合格，高机械强度和优良电性能的陶瓷体，可分为两个阶段：致密化阶段与再氧化阶段。 MLCC对烧结炉性能按要求严格。MLCC的烧结是陶瓷和含有金属的内电极共烧的，而二者开始收缩的温度和收缩率是不同的。极限的高端MLCC产品，单层陶瓷介质上只有3-5个陶瓷颗粒，最多要叠几百到一千层，内部结构的变化非常容易导致产品内部出现裂纹，因此烧结炉的升温速率、控温精度和合理的烧结工艺的制定非常关键。 2.2重点工艺-测试、打包 MLCC的测试包括性能测试、外观测试。 首先需要对电容产品的容量、损耗、绝缘、耐压四个方面的性能进行检测。 另外还需要对产品的外观进行检测，采用高速光学筛选设备，利用机器视觉技术进行自动化测试，采用的设备为六面检测机。 之后需要对MLCC进行打包测试，采用的设备为测包机。 2.2重点工艺-测试、打包 电子元器件外观检测对设备的精度和速度要求高。元器件在进入电路板之前需进行一次全方位检测，由于元器件体积很小，一般为毫米级别，并且检测数量庞大，因此对检测设备的检测精度和检测速度提出较高要求，目前先进的六面检测机每分钟检测数量超过1万颗。 六面检测机工作原理：检测的过程具体包括：材料导正、高清拍照、快速分析、精准分类。检测设备先通过导正机构将被检测的元器件对齐排列，响应速度为毫秒级。设备玻璃盘面上有六个工站，每个工站配有一个光学成像的放大镜，排列好的元器件排队经过每个工站，光学系统对每颗元器件进行拍照，然后设备自动分析元器件是否存在缺陷，之后高速电磁阀会对元器件进行精准分类。 2.3 MLCC设备市场空间测算 根据风华高科公告，祥和工业园建设项目拟投资额为75亿元，其中设备购置及安装费用共54.94亿元，预计将实现高端MLCC新增年产能规模约5400亿只。 MLCC产量：2019年全球MLCC产量为4.49万亿只，根据中电元协的市场规模数据，粗略假设产量与规模同比例变动，2021年全球MLCC产量=4.49*（1