5G 新需求帶來 PCB 行業(yè)新機會

PCB 是電子元器件電氣連接的載體，在通信領(lǐng)域 PCB 主要用于無線網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、數(shù)據(jù) 通信網(wǎng)及固網(wǎng)寬帶等環(huán)節(jié)。由于工作頻率相較 4G 顯著提升，5G 宏基站對高頻高速 PCB 的需求相較 4G 也將大幅提升。在工作頻率越來越高的情況下，產(chǎn)品對基材的要求也越 來越高。應(yīng)用于高頻（頻率 300MHz 以上）和微波（頻率 3GHz 以上）領(lǐng)域的 PCB 是 在微波基材覆銅板上利用普通線路板制造方法的部分工序或者采用特殊處理方法而生 產(chǎn)的電路板。

無線網(wǎng)： 5G 有源天線帶來高頻高速 PCB 增量需求

4G 時代，PCB 主要用在基站 BBU（背板、單板）及天線下掛的 RRU 中，RRU 由于體 積較小，PCB 需求量相對較小。5G 時代，基站天線從無源向有源演進，RRU 與天線 合并成為支持大規(guī)模天線的有源天線單元（AAU）。而大規(guī)模天線的應(yīng)用對天線集成度 有更高要求，F(xiàn)PGA 芯片、光模塊、射頻元器件及電源系統(tǒng)將被集成于支持高速、高頻 的 PCB 板中。5G 天線射頻結(jié)構(gòu)性變化，帶來天線側(cè) PCB 新增市場空間。

移動通信基站已從 2G 時代的 2 通道發(fā)展成為 4G 時代的最多 8 通道，再到 5G 時代的 Massive MIMO 大規(guī)模天線陣列。Massive MIMO 作為 5G 移動通信的關(guān)鍵技術(shù)，通過 在基站端布置幾十甚至上百個天線陣，獲得更精確的波束賦形能力；在相同的頻譜資源 上可同時向多個目標(biāo)客戶發(fā)射不同波束，并有效減少各個波束之間的干擾，從而顯著提 高系統(tǒng)頻譜效率，進一步提升通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋范圍。

5G 大規(guī)模天線系統(tǒng)包括密集輻射陣、功分網(wǎng)絡(luò)、耦合校準網(wǎng)絡(luò)、盲插型連接器和收發(fā) 單元。

密集輻射陣： 即密集的天線振子陣列，是由多個輻射單元按照一定橫向與縱向間距組成 的天線矩陣，實現(xiàn)無線傳輸信號的收發(fā)。在射頻通道（包括單元模塊、功分網(wǎng)絡(luò)、盲插 連接器）數(shù)確定的前提下，天線單元模塊的增益及單元模塊的橫、縱向間距決定大規(guī)模 天線整機的增益。

功分網(wǎng)絡(luò)： 即饋電網(wǎng)絡(luò)，負責(zé)對每個單元模塊的一組若干輻射單元進行激勵和幅相配置，其中，單元模塊的增益大小取決于每組功分網(wǎng)絡(luò)激勵的輻射單元個數(shù)及輻射單元間距。

耦合校準網(wǎng)絡(luò)： 實現(xiàn)對收發(fā)單元發(fā)送到每個射頻通道的信號源幅相信息進行監(jiān)控，若通 道幅相檢測值偏離預(yù)設(shè)值，則通過系統(tǒng)算法重新調(diào)整收發(fā)單元的發(fā)射功率及相位。

盲插連接器： 連接天線射頻通道與收發(fā)單元端口，結(jié)構(gòu)上精確定位，實現(xiàn)收發(fā)單元信號 輸出端口與天線輸入端盲插連接。

收發(fā)單元： 對射頻通道 RF 信號發(fā)射和接收，實現(xiàn) 4G RRU 的功能包含： 功率功率放大 器（PA）、低噪放大器（LNA）、數(shù)字處理單元（DSP）、濾波器（Filter）、數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn) 換設(shè)備（ADC/DAC）等射頻器件。

5G 大規(guī)模天線通過天線射頻通道（包括多個輻射單元組成的單元模塊）實現(xiàn)無線傳輸 信號的收發(fā)，通過耦合校準網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對每個射頻通道的發(fā)射功率和相位的監(jiān)測，并通過 系統(tǒng)數(shù)字賦型算法調(diào)節(jié)收發(fā)單元激勵到每個射頻通道的幅相權(quán)值配置實現(xiàn)大規(guī)模天線 的精準波束賦形。

不同于 4G 時代，天線+RRU+BBU 構(gòu)成分布式基站，5G 大規(guī)模天線將天線變成了一體 化有源天線 AAU，AAU 集成了天線與 RRU 的功能，包含天線振子、濾波器、T/R 模塊、控制模塊、電源模塊。其中，PCB 主要應(yīng)用于密集輻射陣（天線振子）、功分網(wǎng)絡(luò)板（饋 電網(wǎng)絡(luò)）、耦合校準網(wǎng)絡(luò)板及收發(fā)單元中。

傳輸網(wǎng)： 5G 傳輸設(shè)備升級帶來高速 PCB 需求提升

面對 5G 新需求，傳輸網(wǎng)容量將提升 10 倍、時延降低 10 倍、單比特成本降低 10 倍，并對芯片在交換容量、時延、MAC 數(shù)量、交換方式、標(biāo)簽層數(shù)和功耗等方面提出了更 高要求。5G 傳輸設(shè)備光電互聯(lián)的復(fù)雜度快速提升，支撐通信技術(shù)發(fā)展的 PCB 也將向 高速大容量的方向發(fā)展，在頻率速率、層數(shù)、尺寸以及光電集成上提出更新的要求，從 目前領(lǐng)先的 25Gbps總線速度向更高的 56Gbps發(fā)展。相較4G傳輸設(shè)備通常采用FR-4 PCB 板材，5G 傳輸設(shè)備尺寸變化不大，但對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)處理能力需求的增強，帶來高速多層 PCB 板材（20-30 層，核心設(shè)備高速 PCB 層數(shù)達 40 層以上）需求大幅提升，其 中單基站需要 2~3 塊 BBU 單板，假設(shè)其單價約 9000 元/平米，背板 1 塊，假設(shè)其單價 約 13000 元/平米。

5G PCB 市場空間量化測算，高頻高速 PCB 空間巨大

參照中國移動 4G 基站劃分為室外宏基站、室內(nèi)宏基站（DAS）、室外微基站、小基站 （皮基站）。另根據(jù)三家運營商 2018 年報批露，三家運營商 2018 全年新建 89 萬 4G 基站，三家運營商合計已建設(shè) 478 萬個 4G 基站，我們假設(shè)其中宏基站（室外宏+室內(nèi) 宏）約 401 萬個，微基站約 77 萬個。

考慮到中國移動將主要在 2.6 GHz 頻段建設(shè) 5G 網(wǎng)絡(luò)，中國電信、中國聯(lián)通 3.5 GHz 建網(wǎng)，我們預(yù)計三家運營商合計 5G 宏基站將達 551 萬站，將是現(xiàn)有 4G 的 1.37 倍。以 7 年內(nèi)（2019-2025）建設(shè) 551 萬 5G 宏基站進行測算，我們認為國內(nèi)三家運營商 2019 年新建 10 萬左右 5G 宏基站，5G 投資高峰期將在 2022 年左右到來。

高頻高速 PCB 技術(shù)壁壘高，國產(chǎn)替代空間巨大PCB 產(chǎn)業(yè)鏈&制造流程

PCB 產(chǎn)業(yè)鏈較長，涉及的原材料多樣，包括電解銅箔、電子玻纖布、專用木漿紙、合 成樹脂、油墨、光刻膠等，其下游應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛，包括通信設(shè)備、消費電子、汽 車電子、計算機及相關(guān)設(shè)備、工控等。

PCB 的生產(chǎn)原材料包括覆銅板（CCL）、銅箔、銅球、半固化片、金鹽、油墨、干膜、其他化工材料等。由于 PCB 并不是標(biāo)準產(chǎn)品，其成本結(jié)構(gòu)會隨著產(chǎn)品的不同而波動，以深南電路為例，其披露的 2017 年 H1 的成本構(gòu)成如下，覆銅板成本占比最高。

PCB 是采用電子印刷技術(shù)制作的電路板，在覆銅板上貼上干膜，經(jīng)曝光、顯影、蝕刻 以及清洗形成導(dǎo)電線路圖形，在電子產(chǎn)品起到電流導(dǎo)通與信號傳送的作用。制造 PCB 所需主要原材料有：干膜、覆銅板、銅箔、阻焊油墨和標(biāo)記字符油墨等。

PCB 制作包括內(nèi)層制作、外層制作、包裝成型三個流程。內(nèi)層制作是利用板材基材，通過銅層圖形蝕刻，各層板料及覆銅膜對位，在受控?zé)崃Φ呐浜舷滦纬蓪娱g疊合，修邊 處理后完成制作流程，為外層線路之間的導(dǎo)通提供條件。

外層制作利用已完成的內(nèi)層基 材，通過鉆孔貫通內(nèi)層線路，曝光、腐蝕、清洗完成圖像轉(zhuǎn)移，進行相關(guān)的可靠性、成 品測試，完成制作流程。包裝成型將已完成的產(chǎn)品進行外部文字印刷，切割成不同的形 狀，通過電子 100%測試以及通過 100%目檢篩除不合格產(chǎn)品。

高頻高速 PCB 對材料要求較高

在選擇用于高頻電路的PCB所用的基板時要特別考察材料的介電常數(shù)DK在不同頻率下 的變化特性，因為信號傳送速率與材料介電常數(shù)的平方根成反比，高介電常數(shù)容易造成 信號傳輸延誤； 而對于側(cè)重信號高速傳輸方面的要求或特性阻抗控制要求，則重點考察介質(zhì)損耗因子 DF 及其在頻率、溫濕度等條件下的性能，因為介質(zhì)損耗越小信號損耗越 小，信號輸送品質(zhì)越高。

一般情況下，DK 和 DF 是隨著頻率及溫濕度變化的，DK 隨著頻率的升高而降低，DF 隨 著頻率的升高而升高，不同的材料 DK 和 DF 隨外界環(huán)境（頻率及溫濕度等）的變化率不 同，變化率越小的材料越穩(wěn)定。PCB 基板材料的介電性能對信號的傳輸速度和完整性 產(chǎn)生直接的影響，此外，銅箔、油墨也會影響 PCB 的性能。

高頻高速 PCB 需要低介電常數(shù)、低損耗因子的基板

一般 PCB 基板材料包括剛性基板材料和柔性基板材料，剛性基板材料的重要品種就是 覆銅板。覆銅板是用增強材料浸以樹脂膠黏劑，通過烘干、剪裁、疊合成胚料，然后附 上銅箔作為模具，再在熱壓機中經(jīng)高溫高壓成形加工而成。

增強材料種類包括紙基（94HB、94VO 等）、復(fù)合基（22F、CEM-1，CEM-3 等）、環(huán) 氧玻纖布基（FR-4 等）、特殊材料基（金屬類基材等）和 HDI 基（RCC）五大類，其 中環(huán)氧玻纖布覆銅板強度高、耐熱性好、介電性好、基板通孔可金屬化，是覆銅板所有 品質(zhì)中用途最廣用量最大的一類。

高頻高速板目前主要廠商為海外企業(yè)，包括羅杰斯、雅龍、三菱瓦斯、日立化成、松下電工、泰康利等。

國內(nèi)企業(yè)如生益科技、華正新材、高斯貝爾、超華科技等廠商在高頻高速覆銅板領(lǐng)域的進展也值得重點關(guān)注。

高頻高速 PCB 需要表面粗糙度更小的銅箔

按銅箔性能的不同可以分為標(biāo)準銅箔、高溫高延伸性銅箔（HTE）、高延展性銅箔（HD）、耐轉(zhuǎn)移銅箔、低輪廓銅箔（VLP）、超低輪廓銅箔（HVLP 銅箔）、反轉(zhuǎn)銅箔（RTF）等。

隨著信號傳輸向高速化和高頻化方向發(fā)展，趨膚效應(yīng)對信號傳輸質(zhì)量和信號完整性的影 響越來越大，信號在導(dǎo)體中的傳輸厚度越來越薄，為減小信號傳輸損耗，高速 PCB 板 材通常會搭配低粗糙度的銅箔，因此現(xiàn)在高速板設(shè)計會選用 RTF、VLP 和 HVLP 的銅 箔。

目前全球低粗糙度的銅箔生產(chǎn)廠商主要包括三井金屬、古河電工、福田金屬、OAK 三 井、臺灣銅箔等公司，其占比超過全球 90%，國內(nèi)只有少數(shù)廠商具備生產(chǎn)能力。

油墨對高頻高速 PCB 損耗性能有一定影響

PCB 專用油墨為生產(chǎn)過程中所需要的配套油墨產(chǎn)品，其質(zhì)量好壞會直接影響 PCB 板的 性能表現(xiàn)，目前 PCB 專用油墨按照用途分類包括阻焊油墨、線路油墨和標(biāo)記油墨等品 種。

一般而言，在高速 PCB 中使用的阻焊油墨的損耗因子比板材大得多，因此，對于高速 PCB 的外層線路，阻焊油墨的選用也對外層線路損耗性能有一定的影響。為改善高速 PCB 外層線路的信號傳輸性能，近年業(yè)內(nèi)有研發(fā)推出低損耗的阻焊油墨。目前全球 PCB 油墨企業(yè)主要包括日本太陽油墨、臺灣聯(lián)致、廣信材料和容大感光。

高頻高速 PCB 國產(chǎn)替代空間巨大

高頻電路的 PCB 所用的基板時要特別考察材料的介電常數(shù) DK 在不同頻率下的變化特 性，高介電常數(shù)容易造成信號傳輸延誤；對于側(cè)重信號高速傳輸方面的要求，則重點考 察介質(zhì)損耗因子 DF 及其在頻率、溫濕度等條件下的性能，介質(zhì)損耗越小信號損耗越小 信號輸送品質(zhì)越高。因此高頻高速 PCB 對基板材料（主要是覆銅板）、銅箔和油墨的性 能提出了更高的要求。

目前，特殊覆銅板基本為海外企業(yè)所壟斷，該領(lǐng)域主要生產(chǎn)廠家：羅杰斯/雅龍、三菱瓦 斯、日立化成、Isola、Park Electrochemical、松下電工、斗山電子、泰康利、南亞塑 膠、生益科技、臺燿科技等。

其中，高頻高速覆銅板具有較高的行業(yè)壟斷性，主要被羅杰斯、雅龍等海外廠商壟斷，占到高頻板市場份額 90%以上，其中羅杰斯獨家占據(jù)市場份額 40%以上，國產(chǎn)替代空 間巨大，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈率先布局廠商有望受益。

高頻高速 PCB 產(chǎn)業(yè)鏈國內(nèi)重要廠商梳理

各類 PCB 產(chǎn)品雖具有一些共同的基本工藝，但更重要的是根據(jù)基材厚度和材質(zhì)、線寬 和線距的精度要求、設(shè)計結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)規(guī)模以及客戶指定的其他專門要求，確定不同的生 產(chǎn)工藝和設(shè)備，定制化程度非常高。對于通信 PCB 板而言，隨著 5G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展推進，相應(yīng)的通信基站和接入移動終端等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須具備大容量、高帶寬接入的特性，這使 得支撐通信技術(shù)發(fā)展的 PCB 也將向高頻、高速、大容量的方向發(fā)展，在頻率速率、層 數(shù)、尺寸以及光電集成上提出更新的要求。