(一)PCB行業概況
(1)PCB定義
印制電路板(簡稱PCB)是以絕緣基板和導體為材料,按照預先設計好的電路原理圖設計制作成印制線路、印制元件或兩者組合的導電圖形的成品板。其主要作用是利用板基絕緣材料隔離表面的銅箔導電層,實現電子元件之間的相互連接和中繼傳輸,使電流沿預設的線路在各種電子元件中放大和衰減 、調制、解碼、編碼等職能,實現電子元器件之間的互連和中繼傳輸。
PCB是電子產品的重要部件之一,小到家電、手機,大到探索海洋、宇宙等產品。只要有電子元件,就采用印刷電路板作為支撐和互連。因此被譽為“電子產品之母”。如果將電子產品比作一個生命體,那么印刷電路板就是連接電路流通的脈絡骨架。
(二)PCB發展歷程
早在 1903 年,Albert Hanson 先生就率先將“線路”概念應用于電話交換系統。用金屬箔剪成線導體,粘在石蠟紙上,上面還貼了一層石蠟紙。當前PCB結構的原型。 1925 年,Charles Docas 在絕緣基板上印刷電路圖案,然后通過電鍍成功地構建了用于布線的導體。直到 1936 年,Paul Eisner 博士才發明了箔膜技術。今天的“圖形轉移技術”就是沿襲了他的發明,可以說是真正的PCB技術的開端。 1948 年,美國正式承認該發明可用于商業用途。 1950年代,銅箔蝕刻法成為PCB技術的主流并開始得到廣泛應用。孔金屬化雙面 PCB 于 1960 年代開始量產。 1970年代,多層板發展迅速。在 1980 年代,表面貼裝印刷電路板 (SMB) 逐漸取代了插裝式 PCB。 1990年代,SMB從QFP發展到BGA。與此同時,基于CSP印制板和有機層壓板的多芯片封裝PCB發展迅速。
后來,PCB板逐漸向高密度方向發展。從早期的單層、雙層、多層板,到HDIMicroviaPCBs、HDIAnyLayerPCBs,再到目前火爆的類載板,主要特點是線寬線距逐漸縮小。
(3) 封裝層級和互連密度
半導體從晶圓到產品封裝可以分為以下層級
? 零級封裝(晶圓制程)晶圓上電路設計與制造;
? 一級封裝(封裝制程)將芯片與引線框架或封裝基板鍵合,完成I/O互連和密封保護工藝,最終形成一個封裝好的器件。我們通常所說的封裝就是一級封裝;
? 二級封裝(模組或SMT制程):將元器件組裝在電路板上的制程;
? 三級封裝(產品制造過程):將多個電路板組合在一主板上或將多個次系統組合成一個完整的電子產品制程。
不同級別的封裝實際上代表了互連密度的差異。晶圓通常使用光刻技術。目前7nm工藝已經量產,5nm工藝已經驗證明年可以量產。這里的硅節點代表集成晶體管的柵極尺寸。一級封裝對應的載板線寬和線距通常小于15μm,將芯片的特征尺寸放大到對應基板特征尺寸的I/O輸出,實現互連芯片和基板之間。二級封裝對應的PCB線寬和間距通常大于40μm,相當于將基板的特征尺寸放大到PCB的特征尺寸,實現信號互連。
實際上,PCB和載板之間有一個中間地帶,這部分實際上是目前比較熱的類載板。消費電子產品小型化的需求導致所用設備的 I/O 輸出越來越小。以 BGA 為例。幾年前,BGA的主流間距是0.6mm-0.8mm。目前智能手機所使用的器件間距已經達到0.4mm,并且正在向0.3mm的間距發展。 0.3mm間距設計需要30μm/30μm。目前HDI還達不到要求,需要更高規格型號的載板。班上載板是下一代PCB剛性板,采用M-SAP工藝,可將線寬/線距縮短至30/30μm。目前廣泛應用于高端智能手機和部分系統級封裝產品。
( 二 ) PCB市場分析
(1)PCB行業周期歷程-四起四落
回顧歷史,自1980年代以來,家電、電腦、手機、通訊等各類電子產品層出不窮,不斷推動著電子行業的持續攀升發展。 PCB作為電子行業的重要組成部分,已四升四落,經歷了四段行業周期,每個周期都由創新要素驅動行業攀升,緩增長直至衰退,繼而新的要素出現,推動行業進入下一個周期。 .
第一階段:1980-1990年是PCB行業的快速起步期。家電在全球的普及,第一次帶動了PCB行業的蓬勃發展。直到1991-1992年,隨著傳統家電的增長高峰和日本經濟的衰退,全球PCB產值下降了10%左右。
第二階段:1993年至2000年,是PCB行業的持續增長期,主要受臺式機普及和互聯網浪潮的推動,HDI、FPC等新技術推動全球PCB市場規模持續增長,而PCB行業整體復合增長率高達10.57%。 2001-2002年互聯網泡沫破滅導致全球經濟萎縮,下游電子終端需求放緩,PCB行業需求受到沖擊。其產量連續兩年下降約25%。
第三階段:2003-2008年PCB行業保持持續增長(CAGR=7.73%)。這主要是由于全球經濟復蘇以及下游手機、筆記本電腦等新興電子產品需求增加,刺激了通信和消費電子對PCB行業的刺激作用。但2008年下半年金融危機的爆發打亂了PCB行業良好的增長態勢。 2009年,PCB行業經歷了寒冬,總產值下降了15%左右。
第四階段:2010-2014年PCB行業呈現小幅震蕩增長趨勢(CAGR=2.29%),主要受益于全球經濟逐步復蘇以及下游各類智能終端產品帶動。隨著電子產品升級換代,需求放緩,2015年至2016年,行業總產值小幅下滑,累計產值-5.62%。
目前,PCB行業整體發展趨緩。 2017年開始,隨著5G、云計算、智能汽車等新的結構性增長熱點的出現,PCB行業有望迎來新的增長動力,進入第一個行業周期發展。五個階段。
(2)PCB產品結構分析
PCB產品有很多種,可按產品材質、導電層數、彎曲韌性、特殊性能、工藝工藝尺寸等分類,按材質可分為:有機板(酚醛樹脂、玻璃纖維/環氧樹脂、聚酰亞胺、BT等)和無機板(鋁基板、銅基板、陶瓷基板主要靠散熱);按阻燃性能分為:耐燃型和不阻燃型;根據所用基板的彎曲韌性,可分為:剛性板(RigidPCB)、柔性板(FlexPCB)和剛柔結合板(Rigid-FlexPCB);按導體圖案可分為單面板、雙面板、多層板;按工藝工藝尺寸可分為HDI板和特種板(包括載板、封裝基板、背板、厚銅板、高頻板、高速板等)。
總體來看,剛性板市場規模最大,多層板約占總產值的39%,單/雙板約占14%;其次是柔性板,約占總產值的21%; HDI板和封裝基板約占14%和12%。隨著全球電子產品的不斷更新換代,技術進步推動了電子設備不斷向更輕、更薄、更小、移動化的方向發展。為了達到更小空間、更快速度、更高性能的目標,其對印制電路板“輕、薄、短、小”的要求不斷提高,PCB板的結構要求不斷提高。