印制電路板是一個市場細分復雜的行業,產品種類亦十分繁雜,包括單雙面板、多層板、柔性板、HDI板和封裝基板等。各類PCB產品雖具有一些共同的基本工藝,但不同的PCB產品對基板厚度和材質、線寬、孔徑和線距等技術要求、設計結構等要求均有所不同,對PCB制造企業的技術和工藝水平提出較高要求。
其次,從PCB生產流程來看,從產品開料到包裝入庫,需要經歷數十道工序,同時需要融合材料、機械、計算機、電子、光學、化學等多學科的工藝技術。PCB企業的工藝技術水平不僅取決于企業生產設備的配置,更來源于企業在生產過程中不斷積累的經驗。
印制電路板簡介
印制電路板(PrintedCircuitBoard,簡稱“PCB”),又稱印制線路板,其主要功能是使各種電子元器組件通過電路進行連接,起到導通和傳輸的作用,是電子產品的關鍵電子互連件。幾乎每種電子設備都離不開印制電路板,因為其提供各種電子元器件固定裝配的機械支撐、實現其間的布線和電氣連接或電絕緣、提供所要求的電氣特性,其制造品質直接影響電子產品的穩定性和使用壽命,并且影響系統產品整體競爭力,有“電子產品之母”之稱。作為電子終端設備不可或缺的組件,印制電路板產業的發展水平在一定程度體現了國家或地區電子信息產業發展的速度與技術水準。
PCB產品分類
PCB產品分類方式多樣,行業中常用的分類方法主要有按導電圖形層數分類、按板材的材質分類以及按產品結構分類。
廣合科技POFV+Dimm超厚高速服務器板:
云計算高速服務器的CPU主板,在服務器Dimm內存位置采用POFV整平技術,并運用UPI傳輸技術處理CPU之間的信號通訊,實現對應阻抗±8%,同時在板厚3.0mm、微孔直徑0.2mm的條件下可實現孔銅25μm、面銅48μm的成品要求,并可滿足客戶在翹曲度管控、鉆孔孔壁質量管控等方面的嚴苛要求,能夠保證在高強度計算下信號傳輸的準確性、完整性;“新一代高速存儲主板制造技術”應用于中高端儲存類服務器主板,該技術克服了樹脂流動度降低、材料剛性變高所帶來的可加工性變差的問題,同時可以減少加工過程中插入損耗的影響,產品厚徑比達到121之間,采用潤滑降溫微孔鉆孔技術、復合波脈沖電鍍技術提升高厚徑比產品的孔壁質量,保證此類產品信息傳輸的可靠性。
超厚高速服務器板具有代表性產品有高性能計算服務器板、AI運算服務器板、高性能存儲服務器板、高速交換機板、階梯HDI服務器加速卡、5G通訊板等。
1、服務器
服務器,英文名稱為“Server”,指在網絡環境中為客戶端計算機提供特定應用服務的計算機系統,主要完成數據的存儲、傳輸、處理和發布。服務器在網絡操作系統的控制下,將與其相連的硬盤、磁帶、打印機、Modem及各種專用通訊設備提供給網絡上的客戶站點共享,也能為網絡用戶提供集中計算、信息發表及數據管理等服務。服務器作為網絡的節點,存儲、處理網絡上超過80%的數據和信息,因此服務器也被稱為網絡的靈魂。
網絡終端設備要獲取資訊,與外界溝通、娛樂等,必須經過服務器。因此,與個人計算機相比,服務器在性能上要求更高,其高性能主要體現在計算能力與數據處理能力、穩定性、可靠性、安全性、可擴展性、可管理性等方面。
互聯網大數據以及5G時代的到來,將帶來數據流量的爆發式增長,促進人工智能、大數據等行業的發展,從而帶動服務器需求的增長。
不同芯片平臺PCB工藝水平以及所處的生命周期情況如下:
隨各世代芯片平臺在信號傳輸速率、數據傳輸損耗、布線密度等方面要求提升,服務器PCB產品需要與服務器芯片保持同步代際更迭,產品生命周期一般在3-5年,成熟期一般在2-3年。
服務器按照處理器架構來分可以分為X86服務器和非X86服務器;按照處理器個數來分可以分為單路、雙路和多路服務器;按照服務器的外形結構來分可以分為塔式、機架式和整機柜服務器;按照應用級別來分類,可以分為工作組級、部門級和企業級服務器。
目前,我國應用最廣泛的為通用X86系列服務器,同時高性能計算機需求增長顯著。受益于各地政府相繼推進大數據和智慧城市建設,對大型數據中心的需求越來越強烈,由此帶動服務器產品市場的繁榮;在國家“信息安全”發展戰略下,政府、能源、電力、金融等關鍵領域對服務器的國產化替代趨勢明顯,為國產服務器市場帶來了良好的發展機遇。
PCB在服務器中的應用主要包括主板、電源背板、硬盤背板、網卡、Riser卡等,其特點主要體現在高層數、高縱橫比、高密度及高傳輸速率。隨著服務器核心芯片計算能力的提高,對于PCB的層數及材料的要求也越來越高,從之前的1U或2U服務器的4層、6層、8層主板發展到現在的4U、8U服務器的16層以上主板,背板則在20層以上,PCB層數的增加對供應商的整體加工能力提出更高要求,高端服務器的發展成為高端PCB生產技術升級的推動力。
據IDC的數據統計,2019年全球服務器出貨量小幅下降至1,174萬臺,出貨金額下降至872.91億美元,同比下降0.42%和1.72%,市場均價也有小幅回落,但總體處于歷史較高水平;2020年全球服務器市場景氣度回升,出貨量達到1,220萬臺,出貨金額達到910.10億美元,同比增長3.94%、4.26%,呈現出量價齊升的特點。
2019年中國服務器出貨量小幅下滑至318萬臺,銷售金額達到了176.84億美元,同比增長1.16%,在市場需求回落的情況下銷售金額反而增長,體現出服務器平均單價仍有較為明顯的上升,國內市場高端服務器的銷售比重仍在不斷增加;2020年中國服務器出貨量增長至350萬臺,同比增長10.1%,銷售金額為216.49億美元,同比增長約22.4%,中國服務器市場保持良好增長態勢。
隨著云計算、5G、AI、VR/AR等新一代信息技術的發展和成熟,全球數據流量呈現持續增長態勢。2016年至2019年,全球數據中心流量規模從每年6.8ZB增長至每年14.1ZB,其中亞太地區數據流量從2016年的908EB增長至2019年的2,387EB,根據IDC預測數據,2025年全球數據圈將增值到175ZB,中國將成為全球最大的數據圈。為了跟上數據量爆發增長以及數據向云端轉移的趨勢,全球云巨頭積極部署IDC(互聯網數據中心)建設,云基礎設施支出持續增加。根據Gartner的數據,2020年全球數據中心系統支出約為2,083億美元,預計到2021年將達到2,191億美元,云基礎設施支出維持增長態勢。
2、消費電子
近年來,消費電子技術不斷創新,全球消費電子行業呈現持續穩定的發展態勢。基于消費電子產品制造技術的迭代發展以及移動互聯網應用的普及,以VR/AR、可穿戴設備、智能家居為代表的全球消費電子市場規模快速增長,消費者群體持續擴大。根據Prismark的統計和預測,2021年全球消費電子產值3,660億美元,預計2021年至2026年將以2.0%的復合增長率增長。
3、工業控制
工業控制是指利用電子電氣、機械和軟件實現工業自動化,使工廠的生產和制造過程更加自動化和精確化,并具有可視可控性。工業控制產品需要技術和工藝水平高的PCB產品,是細分領域的高端市場,如工業機器人、工業相機、伺服驅動器、地質探測鉆頭等。
工業控制是指利用電子電氣、機械和軟件組合實現工業自動化控制,以使工廠的生產和制造過程更加自動化和精確化,并具有可控性及可視性。工業自動化可以大致分為三大類,包括離散控制(主要用于機械制造領域)、過程控制(主要用于石化領域)、間隙控制(主要用于電火花加工)。工業控制系統結合運動控制器、伺服驅動器、電機、編碼器等軟硬件,通過控制電機使之按照設定的運動軌跡和參數運動,完成高速、高精度的生產過程,在機械制造領域運用廣泛。根據Prismark的統計和預測,2021年全球工業控制產值2,590億美元,預計2021年至2026年將以4.1%的復合增長率增長。
4、安防電子
安防電子是對現代計算機技術、集成電路應用技術、網絡控制與傳輸技術和軟件技術的綜合利用,主要包含視頻監控系統、侵犯報警系統、出入口門禁控制系統、防盜報警系統、可視對講系統以及智慧城市管理系統。
安防行業是隨著現代社會安全需求應運而生的產業,是社會公共安全體系的重要組成部分。圍繞著視頻監控技術的改革創新,安防行業從“看得見、看得遠、看得清到看得懂”,一共經歷模擬監控、數字監控、網絡高清監控和智能監控4個階段。國內安防市場中,以平安城市、天網工程、雪亮工程為代表的國家安防需求驅動產品市場升級,我國基本實現“全域覆蓋、全網共享、全時可用、全程可控”的公共安全視頻監控建設聯網應用。根據中安網發布的《中國安防行業調查報告》統計,2021年全國安防行業總產值為9,020億元,相比于2020年同比增長5.99%。
5、通信領域
通信領域的PCB需求可分為通信設備和終端,其中通信設備主要指用于有線或無線網絡傳輸的通信基礎設施,包括通信基站、路由器、骨干網傳輸設備、微波傳輸設備、光纖到戶設備等;通信終端主要指智能手機。如有源天線處理單元(AAU)、射頻拉遠單元(RRU)、小基地臺(SmallCell)、光模塊等。
通信設備主要指用于有線或無線網絡傳輸的通信基礎設施,包括通信基站、路由器、交換機、骨干網傳輸設備、微波傳輸設備、光纖到戶設備等。
據Prismark統計和預測,2021年全球通信設備(不含手機終端)產值為2,210億美元,預計2021年至2026年將以4.3%的復合增長率增長。5G通信技術的演進將促使通信設施的換代和重建。
根據工信部數據,截至2019年底我國共建成4G基站544萬個,4G廣覆蓋階段基本結束。由于5G頻率更高,基站的信號覆蓋范圍比4G基站覆蓋范圍更小,因此建設密度更大,5G宏基站數量將超過600萬個,并將建設大量配套的小基站。同時,5G基站結構由4G時代的BBU(BaseBandUnit)+RRU(RemoteRadioUnit)+天饋系統升級為DU(DistributedUnit)+CU(CentralizedUnit)+AAU(ActiveAntennaUnit)結構,單個宏基站對于PCB的需求量將比4G基站大幅增加。
5G通信設備信息互聯的復雜度快速提升,配套的PCB也將向高速大容量的方向發展,在頻率、速率、層數、尺寸以及光電集成上提出更新的要求,從目前領先的25Gbps總線速度向更高的56Gbps發展。5G設備尺寸變化不大的前提下要求數據轉發處理能力大幅增強,帶動高速多層PCB(20-30層,核心設備高速PCB層數達40層以上)需求大幅提升。
據中國信通院《中國5G發展和經濟社會影響白皮書》數據顯示,2021年上半年全球5G無線接入設備市場規模達到133億美元,比上年同期增長了43%,其中中國貢獻了全球市場的44%。2021年三大基礎電信運營商計劃5G資本開支總計約1,847億元,較2020年增加5.1%。中國信通院預計2021年5G將直接帶動經濟總產出1.3萬億元,直接帶動經濟增加值約3,000億元,間接帶動總產出約3.38萬億元,間接帶動經濟增加值約1.23萬億元,分別比2020年增長33%、39%、31%和31%。
5G的高帶寬業務應用的加速滲透,如移動高清視頻、車聯網、VR/AR等業務應用鋪開,對數據中心的數據處理交換能力也將提出更高的要求,將帶動國內數據中心向超大型數據中心升級,屆時數據通信領域的高速多層板的需求將高速增長,PCB行業將在全球5G的布網高峰中獲得巨大的發展機會。根據中國信通院《5G經濟社會影響白皮書》預測,2030年各行業應用領域在網絡設備上的支出超過5,200億元,占當年的設備制造企業總收入比重達69%。
6、汽車電子汽車電子是電子信息技術與汽車傳統技術的結合,是車體汽車電子控制和車載汽車電子控制的總稱。PCB在汽車電子中應用廣泛,包括動力控制系統、安全控制系統、車身電子系統、娛樂通訊四大系統,因此汽車電子對于PCB的需求是多元化的。如括汽車中控系統、照明系統、車載藍牙、行車記錄儀、倒車攝像頭等,并積極拓展新能源汽車電子。
在互聯網、娛樂、節能、安全四大趨勢的驅動下,汽車電子化水平日益提高,中高檔轎車中汽車電子成本占比達到28%,新能源汽車中汽車電子成本占比高達47%。消費者對于安全類車身電子產品(如剎車輔助系統EBA、急速防滑系統ASR、電子穩定程序ESP、智能泊車等)和信息娛樂類產品(如汽車音響、車載視頻、倒車可視系統、車載導航)的認可度不斷提高,這類產品已進入快速發展期,直接帶動汽車電子市場的整體發展。
根據Prismark的預測,全球汽車電子將持續穩定發展,2017年全球汽車產量為9,730萬輛,預計2022年全球汽車產量將達到10,760萬輛,全球汽車產量每年增長率約為2.0%;2017年每車電子含量為2,180美元,預計2022年每車電子含量將達到2,715美元,每車電子含量每年增長約4.5%。根據Prismark的統計和預測,2021年全球汽車電子產值2,400億美元,預計2021年至2026年將以7.0%的復合增長率增長。
7、其他領域
如醫療器械、軌道交通、金融、miniLED等領域。
主要工藝流程
注:表面處理工序包括噴錫、鍍金、防氧化等,一般情況下一種產品只會選擇其中一種表面處理,為可選工序。
行業發展態勢及未來變化趨勢
(1)全球印制電路板市場概況
①PCB全球市場空間廣闊
PCB行業是全球電子元件細分產業中產值占比最大的產業。2017年、2018年全球PCB總產值分別增長8.6%、6.0%,2018年達到623.96億美元。2019年由于宏觀經濟表現疲軟、中美貿易戰及地緣政治影響等原因,全球PCB總產值為613.11億美元,較上年小幅下降1.7%。2020年,居家辦公、居家學習等場景刺激了數據中心、云計算、網絡通訊、個人電腦等需求,以及2020年下半年汽車生產及需求逐步恢復,帶動PCB需求回暖。
根據Prismark統計,2021年全球PCB產業總產值為809.20億美元,較2020年增長24.1%。根據Prismark的預測,未來五年全球PCB市場將保持溫和增長,2021年至2026年復合年均增長率為4.6%。
②全球PCB產業向亞洲特別是中國大陸轉移
PCB產業在世界范圍內廣泛分布,美歐日發達國家起步早。2000年以前,美洲、歐洲和日本三大地區占據全球PCB生產70%以上的產值,是最主要的生產基地。但近二十年來,憑借亞洲尤其是中國在勞動力、資源、政策、產業聚集等方面的優勢,全球電子制造業產能向中國大陸、中國臺灣和韓國等亞洲地區進行轉移。隨著全球產業中心向亞洲轉移,PCB行業呈現以亞洲,尤其是中國大陸為制造中心的新格局。自2006年開始,中國大陸超越日本成為全球第一大PCB生產基地,PCB的產量和產值均居世界第一。
中國大陸PCB產值占全球PCB總產值的比例已由2000年的8.1%上升至2021年的54.6%,美洲、歐洲和日本的產值占比大幅下滑,中國大陸和亞洲其他地區(主要是韓國、中國臺灣)等地PCB行業發展較快。全球PCB產地遷移情況及預計增長率情況如下表:
據Prismark預測,未來五年亞洲將繼續主導全球PCB市場的發展,而中國的核心地位更加穩固,中國大陸PCB行業預計復合年均增長率為4.3%,至2026年總產值將達到546.05億美元。在高端封裝基板市場增長的帶動下,中國臺灣、日本、韓國PCB產值復合年均增長率將保持在較高水平。
③全球PCB細分產品結構
根據Prismark的數據,2021年全球PCB細分產品的市場結構如下:
從產品結構來看,當前PCB市場剛性板仍占主流地位,其中多層板占比38.4%,單雙面板占比11.8%;其次是封裝基板,占比達17.8%;柔性板和HDI板分別占比為17.4%和14.6%。隨著電子電路行業技術的迅速發展,元器件集成功能日益廣泛,電子產品對PCB的高密度化要求更為突出。未來五年,封裝基板、HDI板、8層及以上的多層板的增長將快于其他品類。
據Prismark預測,2021年至2026年封裝基板的復合年均增長率約為8.3%,領跑PCB行業;預計HDI板和多層板的復合增長率分別為4.9%和3.7%。
④全球PCB下游應用領域
全球PCB下游應用市場分布廣泛,主要包括通訊、計算機、消費電子、汽車電子、服務器、工業控制、軍事航空、醫療等領域。根據Prismark的統計,2021年全球PCB下游應用領域分布如下:
電子信息產業的蓬勃發展是PCB行業發展的重要助力。隨著大數據、云計算、5G通信等新一代信息技術的發展,對數據存儲和計算力的需求呈高增長態勢,服務器行業發展空間廣闊。根據Prismark的數據,2021年全球服務器用PCB的產值為78.04億美元,預計2026年產值達到124.94億美元,復合年均增長率9.9%,增速快于其他PCB品類。
受益于全球PCB產能向中國轉移以及下游蓬勃發展的電子終端產品制造的影響,中國大陸PCB行業整體呈現較快的發展趨勢,2006年中國大陸PCB產值超過日本,成為全球第一大PCB制造基地。
根據WECC的數據,2020年中國大陸剛性板的市場規模最大,其中多層板占比48.77%,單雙面板占比14.99%;其次是HDI板,占比達16.96%;柔性板占比為14.92%。與先進的PCB制造國如日本相比,目前中國大陸的高端印制電路板占比仍較低,尤其是封裝基板、高階HDI板、高多層板等方面。
中國大陸PCB下游應用市場分布廣泛,WECC統計數據顯示,2020年中國大陸PCB應用市場最大的是通訊類,占比為33%;其次是計算機行業,占比約為22%。其他領域PCB市場規模較大的是汽車電子、消費電子。
PCB行業技術水平及行業特點
作為電子信息產業重要的配套,PCB行業的技術發展通常需要適應下游電子終端設備的需求。目前,電子產品主要呈現出兩個明顯的趨勢:一是輕薄短小,二是高速高頻,下游行業的應用需求對PCB的精密度和穩定性都提出了更高的要求,PCB行業將向高密度化、高性能化方向發展。
高密度化是未來印制電路板技術發展的重要方向,對電路板孔徑大小、布線寬度、層數高低等方面提出了更高的要求;高密度互連技術(HDI)正是當今PCB先進技術的體現,通過精確設置盲、埋孔的方式來減少通孔數量,節約PCB可布線面積,大幅度提高元器件密度;高性能化主要是針對PCB的阻抗性和散熱性等方面的性能提出要求。高層PCB板配線長度短、電路阻抗低,可高頻高速工作且性能穩定,可承擔更復雜的功能,也是增強產品可靠性的關鍵。因此,下游行業對PCB產品的可靠性及穩定性提出更高的要求,同時密度更高的HDI板在未來電子產品中的應用占比將會呈現逐漸擴大的趨勢。
印制電路板的下游行業廣泛,包括通訊、計算機、消費電子、汽車電子、服務器、工業控制、軍事航空、醫療器械等。廣泛的應用分布為印制電路板行業提供巨大的市場空間,降低了行業發展的風險。隨著中央經濟工作會議提出加強“新型基礎設施建設”的要求,以人工智能、云計算、區塊鏈為代表的新技術基礎設施,以數據中心、智能計算中心為代表的算力基礎設施,以5G、物聯網、工業互聯網為代表的通信網絡基礎設施,將迎來新一輪的快速發展。在上述產業發展方向上布局并具有競爭力的PCB企業將迎來新的發展動力。
上游行業對PCB行業的影響
從行業整體水平來看,原材料成本占PCB生產成本的一半以上,上游原材料的供應情況和價格水平對PCB企業的生產成本產生重大影響。
覆銅板是由銅箔、絕緣介質層壓合而成,是PCB最主要的原材料。另外PCB生產使用的銅箔和銅球的主要原料也是大宗原料銅,因此,通過“銅→覆銅板、銅箔、銅球→印制電路板”鏈條的傳導效應,銅價的波動會傳導至印制電路板的生產成本。
下游行業對PCB行業的影響
PCB下游分布廣泛,主要包括通訊、計算機、消費電子、汽車電子、服務器、工業控制、軍事航空、醫療器械等。根據Prismark的統計和預測,全球PCB主要下游行業2021年的市場規模和未來五年的預測年均復合增長率如下:
下游行業的發展是PCB產業增長的動力。當前,云計算、大數據、人工智能、物聯網等新技術、新應用不斷涌現、發展,隨著5G網絡建設的大規模推進及商用,將催化電子產品相關技術和應用更快發展、迭代、融合。
在通信代際更迭、數據流量爆發式增長的背景下,高速、大容量、高性能的服務器將不斷發展,將會對高層數、高密度、高頻高速印制電路板形成大量需求;在5G網絡建設過程中,通信基站、路由器、交換機、骨干網傳輸設備、微波傳輸設備、光纖到戶設備等通信設備對PCB的需求增加;隨著電動汽車普及率提高、汽車電子化程度加深、先進駕駛輔助系統(ADAS)的滲透率提高以及自動駕駛技術和車聯網的不斷發展,汽車不僅對PCB用量大幅提升,對高端PCB的需求也在迅速增長。
全球PCB行業競爭格局與主要企業
全球PCB行業分布地區主要為中國大陸、中國臺灣、日本、韓國和歐美地區,隨著近些年來全球PCB產能向中國轉移,目前中國已經是全球PCB行業產量最大的區域。全球印制電路板行業集中度不高,生產商眾多,市場競爭充分。
雖然目前PCB行業存在向優勢企業集中的發展趨勢,但在未來較長時期內仍將保持較為分散的行業競爭格局。根據Prismark統計,2021年全球前十大PCB廠商收入合計為284.55億美元。2021年全球前十大PCB廠商的銷售情況如下:
中國大陸PCB行業競爭格局與主要企業
從中國大陸市場來看,PCB企業大約有1,500家,主要分布在珠三角、長三角和環渤海區域,形成了臺資、港資、美資、日資以及本土內資企業多方共同競爭的格局。其中,外資企業普遍投資規模較大,生產技術和產品專業性都有一定優勢;內資企業數量眾多,產業集中度低,在規模和技術水平上與外資相比仍存在差距。
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