1、印制电路板简介
印制电路板(Printed Circuit Board,简称“PCB”),又称印制线路板,是指在通用基材上按预定设计形成点间连接及印制元件的印制板,其主要功能是使各种电子元器组件通过电路进行连接,起到导通和传输的作用,是电子产品的关键电子互连件。
几乎每种电子设备都离不开印制电路板,因为其提供各种 电子元器件固定装配的机械支撑、实现其间的布线和电气连接或电绝缘、提供 所要求的电气特性,其制造品质直接影响电子产品的稳定性和使用寿命,并且影响系统产品整体竞争力,有“电子产品之母”之称。作为电子终端设备不可或缺的组件,印制电路板产业的发展水平在一定程度体现了国家或地区电子信息产业发展的速度与技术水准。
2、印制电路板的分类
印制电路板(PCB)的常规分类方法有三种:(1)按导电图形层数分类; (2)按基材结构分类;(3)按产品结构分类。具体分类情况如下:
(1)按导电图形层数分类
单面板:绝缘基板上仅一面具有导电图形的 PCB,最基本的印制电路板。在单面板 上,零件集中在其中一面,导线也集中在一面上。因为导线只出现在一面, 所以称为单面板,主要应用于较为早期的电路和简单的电子产品。
双面板:在双面覆铜板的正反两面压上干膜感光法即曝光影像转移,再通过显影后蚀刻出双面图形线路的印制电路板,双面图形线路是通过钻孔后的电镀孔金属化,使两面的导线相互连通。
多层板:具有四层或更多层导电图形的印制电路板,层间有绝缘介质粘合,并有导通孔互连。此类产品是先制作成单张或多张双面线路的芯板,芯板与半固化片绝缘介质间隔组合后,再通过压合工艺制作成多层板。
(2)按板材的材质分类
刚性板:由不易弯曲、具有一定强韧度的刚性基材制成,具有 抗弯能力,可以为附着其上的电子元件提供一定的支 撑。刚性基材包括玻纤布基板、纸基板、复合基板、 陶瓷基板、金属基板、热塑性基板等。
挠性板:指用柔性的绝缘基材制成的印制电路板。它可以自由 弯曲、卷绕、折叠,可依照空间布局要求任意安排, 并在三维空间任意移动和伸缩,从而达到元器件装配 和导线连接一体化。
刚挠结合板:指在一块印制电路板上包含一个或多个刚性区和挠性 区,将薄层状的挠性印制电路板底层和刚性印制电路 板底层结合层压而成。其优点是既可以提供刚性板的 支撑作用,又具有挠性板的弯曲特性,能够满足三维 组装需求。
(3)按产品结构分类
厚铜板:厚铜板是指任何一层铜厚为 3OZ 及以上的印制电路板。厚铜板可以 承载大电流和高电压,同时具有良好的散热性能,厚铜板由于线路铜 厚较厚,PCB 工艺技术要求高,主要体现如下:
①线路蚀刻:为了控制厚铜板蚀刻的均匀性,对蚀刻药液的自动添加 控制系统和真空蚀刻设备有较高要求,且需多次蚀刻和蚀刻因子的管 控来保证线路的质量;
②压合:内层基材区与厚铜区的高低落差大,半固化片填胶不足,热 冲击后易分层爆板。如用多张半固化片增加填胶量,则有流胶大导致 压合滑板的风险。对压合程式、半固化材料选取,以及铆合热熔等工 艺精度有较高要求;
③钻孔:厚铜板对钻针磨损大,容易发生断钻、槽孔变形以及孔壁粗 糙度和内层钉头超标等质量问题,要求采用高硬度和特殊排屑结构的 钻针,匹配高转速低进刀速的钻孔参数等;
④防焊:基材区和厚铜区高低落差大,多次印刷后油墨较厚,线路间 易发生油墨气泡不良。曝光前预烤油墨干燥不足,硬度不够导致曝光 菲林印。需要采用 LINE MASK 印刷技术,多波段 LED 平行曝光 机,显影喷嘴锥形和扇形间隔搭配设计等进行特殊处理。
高频板:“High-frequency PCB”又可称为高频通讯电路板、射频电路板等, 是指使用特殊的低介电常数、低信号损耗材料生产出来的印制电路 板,具有较高的电磁频率。一般来说,高频可定义为频率在 1GHz 以 上。高频板对信号完整性要求较高,材料加工难度较大,具体体现在 对图形精度、层间对准度和阻抗控制方面要求更为严格,化学除胶无 法解决内层互联缺陷功能性异常,需要增加等离子除胶流程等,因而 价格较高。
高速板:高速板是由低信号损耗的高速材料压制而成的印制电路板,主要承担芯片组间与芯片组与外设间高速电路信号的数据传输、处理与计算, 以实现芯片的运算及信号处理功能。高速板对精细线路加工及特性阻抗控制技术及插入损耗控制要求较高。
HDI 板:是高密度互连(High Density Interconnect)印制电路板的简称,也称微孔板或积层板。HDI 是印制电路板技术的一种,可实现高密度布线,常用于制作高精密度电路板。HDI 板一般采用积层法制造,采用 激光打孔技术对积层进行打孔导通,使整块印制电路板形成了以埋、 盲孔为主要导通方式的层间连接。HDI 板实现印制电路板高密度化、 精细导线化、微小孔径化等特性。
金属基板:金属基板是由金属基材、绝缘介质层和电路层三部分构成的复合印制电路板。金属基板具有散热性好、机械加工性能佳等特点,主要应用 于发热量较大的电子系统中。
封装基板:指 IC 封装载板,直接用于搭载芯片,可为芯片提供电连接、保护、 支撑、散热、组装等功效,以实现多引脚化,缩小封装产品体积、改善电性能及散热性、超高密度或多芯片模块化的目的。封装基板应该属于交叉学科的技术,它涉及到电子、物理、化工等知识。
3、行业发展概况及前景
(1)全球印制电路板市场概况
①PCB 全球市场空间广阔
PCB 行业是全球电子元件细分产业中产值占比最大的产业,2017 年和 2018年,全球 PCB 产值增长迅速,涨幅分别为 8.6%及 6.0%。由于宏观经济表现疲软、中美贸易战等影响,2019 年全球 PCB 产值较上年下降 1.7%。2020 年个人电脑、消费电子、网络通信等需求增加,以及 2020 年下半年汽车生产及需求逐步恢复,带动 PCB 需求回暖。根据 Prismark 统计,2021 年全球 PCB 产业总产值为 809.20 亿美元,较 2020年增长 24.1%。
在智能化、低碳化等因素的驱动下,5G 通信、云计算、智能手机、智能汽车、新能源汽车等 PCB 下游应用行业预期将蓬勃发展,下游应用行业的蓬勃发展将带动 PCB 需求的持续增长。根据 Prismark 预测,2022 年全球 PCB 产业总产值将增长 2.9%;未来五年全球 PCB 市场将保持温和增长,2021 年至 2026 年复合年均增长率为 4.6%。
②全球 PCB 产业向亚洲特别是中国大陆转移
PCB 产业在世界范围内广泛分布,美欧日发达国家起步早,研发并充分利用先进的技术设备,PCB 行业得到了长足发展。2000 年以前,美洲、欧洲和日本三大地区占据全球 PCB 生产 70%以上的产值,是最主要的生产基地。近二十年来,凭借亚洲尤其是中国大陆在劳动力、资源、政策、产业聚集等方面的优势,全球电子制造业产能向中国大陆等亚洲地区进行转移。随着全球产业中心向亚洲转移,PCB 行业呈现以亚洲,尤其是中国大陆为制造中心的新格局。自2006年开始,中国大陆超越日本成为全球第一大 PCB 生产地区,PCB 的产量和产值均居世界第一。
中国大陆作为全球 PCB 行业的最大生产地区,占全球 PCB 总产值的比例已由 2000 年的 8.1%上升至 2021 年的 54.6%,美洲、欧洲和日本的产值占比大幅下滑,中国大陆和亚洲其他地区等地 PCB行业发展较快。
③发展趋势
据 Prismark 预测,未来五年亚洲将继续主导全球 PCB 市场的发展,而中国大陆的核心地位更加稳固,中国大陆地区 PCB 行业将保持 4.3%的复合增长率,至 2026 年行业总产值将达到 546.05 亿美元。在高端封装基板市场增长的带动下,中国大陆、日本 PCB 产值复合年均增长率保持在较高水平。
④全球 PCB 细分产品结构
刚性板的市场规模最大,其中多层板占比 38.4%,单双面板占比 11.8%;其次是封装基板,占比达 17.8%;柔性板和 HDI板分别占比为 17.4%和 14.6%。
随着电子电路行业技术的迅速发展,元器件集成功能日益广泛,电子产品对 PCB 的高密度化要求更为突出。未来五年,在消费电子、汽车电子及计算机等驱动下,封装基板、HDI 板及多层板将迅速增长。根据 Prismark 预测,2021年至 2026 年封装基板的复合增长率约为 8.3%,领跑 PCB 行业;HDI 板的复合年均增长率为 4.9%。
⑤全球 PCB 下游应用领域
全球 PCB 下游应用市场分布广泛,主要包括通讯、计算机、消费电子、汽车电子、服务器及数据储存、军事航空、工业控制、医疗器械等领域。
电子信息产业的蓬勃发展是 PCB 行业发展的重要助力。随着大数据、云计算、5G 通信等新一代信息技术的发展,对服务器和数据存储的需求呈高增长态势。根据 Prismark 的数据,2020 年全球服务器及数据储存领域 PCB 的产值为58.93 亿美元,预计 2025 年产值达到 88.59 亿美元,复合年均增长率为 8.5%,增速快于其他应用领域。
随着新能源汽车渗透率及汽车电子化率的提升,汽车电子 PCB 市场有望持续扩容,根据 Prismark 数据,2020 年汽车电子领域 PCB 的产值为 63.23 亿美元,预计 2025 年产值将增长至 87.76亿美元,复合年均增长率为 6.8%,增速较快。
(2)中国大陆印制电路板市场概况
①中国大陆 PCB 市场发展快速,已成为全球最大生产地区
受益于全球 PCB 产能向中国大陆转移以及下游蓬勃发展的电子终端产品制造的影响,中国大陆 PCB 行业整体呈现较快的发展趋势,2006年中国大陆PCB 产值超过日本,成为全球第一大 PCB 制造基地。在通讯电子、计算机、消费电子、汽车电子、工业控制、医疗器械、国防及航空航天等下游领域需求增长带动下,近年中国大陆 PCB 行业增速高于全球 PCB 行业增速。
2018 年,中国大陆 PCB 行业产值实现高速增长,增长率为 10.0%。2019 年在全球 PCB 总产值下降 1.7%的情况下,中国大陆 PCB 产值仍实现了 0.7%的增长。2020年中国大陆 PCB 行业产值达 350.54 亿美元,同比增长 6.4%。
2021 年中国大陆 PCB行业产值达 441.50 亿美元,同比增长 25.7%。据 Prismark 预测,未来五年中国大陆 PCB 行业仍将持续增长,预计 2021年至 2026 年复合年均增长率为 4.3%,2026 年中国大陆 PCB 产值将达到 546.05亿美元。
②市场分布
中国大陆有着健康稳定的内需市场和显著的生产制造优势,吸引了大量外资企业将生产重心向中国大陆转移。PCB 产品作为基础电子元件,其产业多围绕下游产业集中地区配套建设。PCB 行业企业主要分布在珠三角、长三角和环渤海区域,该等地区具备较强的经济优势、区位优势及人才优势。然而,近年来受劳动力成本不断上涨影响,部分 PCB 企业为缓解劳动力成本等上涨带来经营压力,逐步将生产基地转移至内陆地区,如江西、湖南、安徽、湖北等地区。
③发展趋势
全球电子信息产业的长足发展壮大了产业规模,也大力推动 PCB 行业的整体发展。随着 5G 网络建设的大规模推进及商用,全球将迎来新一轮科技革命和产业变革,5G 与云计算、大数据、人工智能、物联网、车联网等技术的深度融合,将推动电子产品相关技术和应用更快发展、迭代、融合,对 PCB 提出更多的技术挑战和要求。
未来五年,中国大陆印制电路板市场在国内电子信息产业的带动下,仍将持续增长。据 Prismark 预测,到 2026 年中国大陆 PCB 市场的规模将达到546.05亿美元。
④中国大陆 PCB 细分产品结构
根据 Prismark 数据,2021 年中国大陆刚性板的市场规模最大,其中多层板占比 47.1%,单双面板占比 15.9%;其次是 HDI 板,占比达 16.1%;柔性板占比为 14.9%。与先进的 PCB 制造地区如日本相比,目前中国大陆的高端印制电路板占比仍较低,尤其是封装基板、高阶 HDI板、高多层板等方面。
⑤中国大陆 PCB 下游应用市场分布广泛
中国大陆 PCB 下游应用市场分布广泛,包括通讯、计算机、汽车电子、消费电子、工业控制、医疗器械、军事航空等。广泛的应用分布为印制电路板行业提供巨大的市场空间,降低了行业发展的风险。根据 WECC 统计,2020 年中国境内 PCB 应用市场最大的是通讯类,市场占有率保持较高的水平,占比为33%;其次是计算机行业,占比约为 22%。其他领域 PCB 市场规模较大的是汽车电子、消费电子、工业控制。