印刷電路板簡稱PCB。PCB主要由絕緣基板和導體組成,是電子元器件連接的提供者,在電子設備中起著支撐和互連的作用,是電子、機械、化工材料和其他電子設備產品的有機結合,總之,PCB是每一種電子產品的命脈。
根據Prismark的數據,2016年世界多氯聯苯產值為542億美元,而在過去五年中,該行業的增長率不超過3%。參與PCB行業競爭的國家和地區包括美國、歐洲、日本、中國大陸、臺灣、韓國等。2016年,中國大陸多氯聯苯的產值達到271億美元,占世界總量的50%。市場預計,未來五年,中國將是多氯聯苯產量增長最快的地區,到2020年,市場規模將達到359億美元,年復合增長率約為3.1%。
PCB行業的上游是銅板,下游覆蓋所有電路產品。據Prismark統計,對通信設備、計算機和消費電子產品的PCB需求占28。8%,265%和14%。分別占總需求的3%,近70%,這是三個多氯聯苯需求最高的地區。預計在2017年至2021年的四年中,通信(通信設備)和汽車電子將成為推動多氯聯苯行業發展的新動力,每年復合增長率分別為7%和6%。通信網絡建設在PCB中的應用主要是在無線網絡、傳輸網絡、數據通信和固定網絡寬帶等領域。在5G建設初期,對PCB的需求增量體現在無線網絡和傳輸網絡中,對PCB背板、高頻板和高速多層板的需求較大。目前,印刷電路板的主導企業主要是臺灣和日本企業,中國大陸生產能力大的上市公司有愛彼電路、上海電力股份、京旺電子等。隨著未來5G投資的到來,預計其市場份額將繼續上升。
圖1:全球PCB市場規模(億美元) 表2:中國PCB市場規模(億美元)
MassiveMIMO在5G時代的應用給基站結構帶來了重大變化,天線+RRU+BBU已成為AAU+BBU(CU/DU)的體系結構。在AAU中,天線振蕩器和微收發信機單元陣列直接連接到PCB板上,集成數字信號處理模塊(DSP)、數模轉換器(DAC)/模擬數字轉換器(ADC)、放大器(PA)、低噪聲放大器(LNA)、濾波器和其他作為RRU功能的器件。
天線集成要求顯著提高,AAU需要以更小的尺寸集成更多的組件,需要采用更多的層PCB技術,因此單個基站的PCB消耗將顯著增加,其工藝和原材料需要全面升級,技術壁壘將全面升級。"5G基站的傳輸功率遠大于4G,這就要求PCB全面升級基板,如高頻、高速、散熱性能好等,介電常數、介質損耗小而穩定,盡可能與銅箔的熱膨脹系數一致,吸水率低,其它耐熱性、耐化學性、沖擊強度、剝離強度等。PCB的加工難度也將大大提高,高頻高速物流、化工性能和通用PCB。
不同的,導致不同的加工工藝,同一片PCB需要實現多種功能,不同材料的混合,因此,PCB的價值也會進一步提高。
BBU的體積和數量變化不大,但由于傳輸速率的提高和傳輸延遲的減少,BBU對射頻信息處理能力的要求得到了提高,大大提高了對高速PCB板的需求。BBU的核心配置是一個籃板和兩個單板(主控板和基帶板)。背板主要用于連接單板和實現信號傳輸。它具有高多層、超大尺寸、超高厚度、超大重量、高穩定性等特點。這是一個很難處理的問題,是基站中單價最高的PCB。單板負責射頻信號處理和RRU連接,主要采用高速多層PCB電路板隨著5G時代高速數據交換場景的增加,高速材料的背板和單板的數量和用量將進一步增加。背面和單板上的層數將從18層增加到20層到30層。銅層壓板需要從傳統的FR4材料升級為性能較好的高速材料,如M4/6/7,從而提高了每平方米的價格。
根據市場數據,4G數據電路和射頻約占RRU面積的60%,用于4G基站數據電路和射頻PCB面積約為0.2m2。然而,隨著5G時代基站AAU傳輸和處理數據的增加,數據電路和射頻PCB的面積預計將增加兩倍,即0.4m2左右。由于基站饋電網絡和天線振蕩器集成在PCB上,饋電網絡和天線振蕩器的面積約等于主板面積,根據華為的數據,64R64R基站主站面積和高度分別為0.6m和0.4m,因此天線振蕩器+饋電網絡的面積約為0.5m2,5G基站AAU的PCB面積約為0.9m2,是4G時代PCB面積的4.5倍。
此外,天線陣中的振蕩器數目更多,排列也更近,因此天線陣列的底板需要高質量的PCB,通過優化輻射單元和陣列模式來降低互阻抗,提高整體效率。由于MassiveMIMO信道的增加,每個PCB的面積和層數也將從15平方厘米增加到35平方厘米。層數從雙面板升級到12層左右,基板需要高速高頻電路板材料。根據市場數據,5G PCB的單價約為每平方米2000元。假設每個基站有三個天線,估計單個基站的PCB成本約為6000元。假設大規模生產的單價逐年下降5%,預計到2026年,建造基站所需的PCB市場空間將約為29。20億元。如果把世界上5G基站的數目考慮在內,對DU、CU和背板的需求以及小型基站的建設就會更大。