(一) PCB行业概述

(1)PCB是什么?

印制电路板(Printed Circuit Board,简称PCB)是以绝缘基板和导体为材料,按预先设计好的电路原理图,设计、制成印制线路、印制元件或两者组合的导电图形的成品板,其主要功能是利用板基绝缘材料隔绝表面的铜箔导电层,实现电子元器件之间的相互连接、中继传输,令电流沿着预设的线路在各种电子元器件中完成放大、衰减、调制、解码、编码等职能,实现电子元器件之间的相互连接和中继传输。

PCB是电子产品的重要部件之一,小到家电、手机,大到探测海洋、宇宙之类的产品,只要存在电子元器件,它们之间的支撑、互联就要使用印制电路板,因此也被称之为“电子产品之母”。如果把电子产品比作一个生命体,那么印制电路板就是连接电路流通的脉络骨架。

(2)PCB发展历史

早于1903年,Mr.AlbertHanson首创利用“线路”概念应用于电话交换系统上,它是用金属箔切割成线路导体,将之粘于石蜡纸上,上面同样贴上一层石蜡纸,成了现今PCB的构造雏形。1925年,CharlesDocas在绝缘基板上印刷出线路图案,再以电镀的方式成功建立导体作配线。直到1936年,Dr.PaulEisner发明了箔膜技术,今天的“图形转移技术”就是沿袭其发明,算是真正PCB技术的开端。1948年,美国正式认可该发明用于商业用途。50年代,铜箔刻蚀法成为PCB技术的主流,开始被广泛使用。60年代孔金属化双面PCB开始大规模生产。70年代,多层板迅速发展。80年代,表面安装印制板(SMB)逐渐取代插装式PCB。90年代,SMB从QFP向BGA发展,同时,CSP印制板以及有机层压板为基本的多芯片封装用PCB迅速发展。 

PCB development history

(资料来源:川财证券研究所)

后来,PCB板逐渐向高密度方向发展。从早期的单层、双层、多层板,向HDI Microvia PCBs,HDI AnyLayer PCBs,以及目前火热的类载板方向发展,其主要特点就是线宽线距逐渐缩小。

PCB trends

PCB向高密度方向演变趋势

(3)封装层级与互连密度

半导体从晶圆到产品封装可以分为以下层级

• 零级封装(晶圆制程)晶圆上电路设计与制造;

• 一级封装(封装制程)将芯片与引线框架或封装基板键合,并完成I/O互连以及密封保护等制程,最终形成一个封装好的器件,我们通常说的封装就是一级封装;

• 二级封装(模组或SMT制程):将元器件组装在电路板上的制程;

• 三级封装(产品制程):将数个电路板组合在一主机板上或将数个次系统组合成一个完整的电子产品制程。

 PCB assembly level

封装层级与互连密度

封装的不同层级实际代表着互连密度的不同。晶圆通常采用光刻工艺,目前7nm工艺已经大规模量产,5nm工艺已经验证完毕,明年可以量产。这里硅节点代表集成的晶体管栅极的尺寸。一级封装对应的IC载板的线宽线距通常小于15μm,把芯片特征尺寸放大到与基板特征尺寸对应的I/O输出,实现芯片和基板的互连。二级封装对应的PCB线宽线距通常大于40μm,相当于把基板的特征尺寸放大到PCB特征尺寸,实现信号的互连。

实际上,在PCB和IC载板之间还存在中间地带,这一部分实际上就是目前比较火热的类载板。消费电子小型化的要求导致采用的器件I/O输出越来越小。以BGA为例,几年前BGA的主流间距在0.6mm-0.8mm,目前智能手机中采用的器件已经达到了0.4mm节距,且在向0.3mm节距发展。0.3mm节距设计就要求30μm/30μm,目前HDI已经达不到要求,需要使用规格更高的类载板。类载板是下一代的PCB硬板,采用M-SAP制程,可以将线宽/线距缩短到30/30μm。目前广泛地应用在高端智能手机中,以及一些系统级封装产品中。

(二)PCB市场分析

(1)PCB行业周期历程–四起四落

回溯历史,自上世纪80年代以来,家电、电脑、手机、通信等不同电子产品层出不穷,不断驱动着电子行业持续攀升发展。PCB作为电子行业的重要组成部分,已四升四落,历经四段行业周期,每一周期都由创新要素驱动行业攀升、缓增直至衰退,继而新的要素出现,推动行业进入下一循环周期。

第一阶段:1980年至1990年,是PCB行业的快速起步期,家用电器在全球范围内的普及第一次驱动了PCB行业的蓬勃发展。直到1991-1992年,随着传统家电增长触顶,以及日本经济的衰退,全球PCB产值累计下滑10%左右。

第二阶段:1993年至2000年,是PCB行业的持续增长期,主要受台式机的普及和互联网浪潮的驱动,新技术HDI、FPC等推动全球PCB市场规模持续增长,PCB行业整体复合增长率达10.57%。2001-2002年,互联网泡沫破灭导致全球经济紧缩,下游电子终端需求放缓,PCB行业需求遭受打击,其产量连续两年累计下滑25%左右。

第三阶段:2003年至2008年,PCB行业保持持续增长(CAGR=7.73%)。这主要受益于全球经济的复苏和下游手机、笔记本电脑等新兴电子产品需求的增加,激发了通信和消费电子对PCB行业的刺激作用。然而2008年下半年金融危机的爆发打乱了PCB行业良好的增长态势,2009年PCB行业经历寒冬,总产值下降约15%。

第四阶段:2010年至2014年,PCB行业呈现小幅波动增长的态势(CAGR=2.29%),主要受益于全球经济逐步恢复,以及下游各类智能终端产品的驱动,随着电子产品更新换代需求减缓,2015-2016年,行业总产值出现小幅滑落,累计值-5.62%。

当前,PCB行业整体发展趋缓,从2017年开始,随着5G、云计算、智能汽车等新的结构性增长热点的出现,PCB行业有望迎来新的增长驱动,迈入行业周期发展的第五阶段。

 PCB output value

 全球PCB产值及增速(资料来源:万和证券研究所)

(2)PCB产品结构分析

PCB的产品众多,可以按照产品的材料、导电层数、弯曲韧性、特殊性能、技术工艺维度等等方式分类。按照材料可分为:有机板(酚醛树脂、玻璃纤维/环氧树脂、Polyimide、BT等)和无机板(铝基板、铜基板、陶瓷基板主要取决于散热);按照阻燃性能分为:阻燃型和非阻燃型;按所用基材的弯曲韧性可分为:刚性板(Rigid PCB)、挠性板(Flex PCB)以及刚挠板(Rigid-FlexPCB);按导体的图形分可以分为单面板、双面板、多层板;按技术工艺维度可分为HDI板与特殊板(包括类载板、封装基板、背板、厚铜板、高频板、高速板等)。

 PCB classification

PCB classification

按基材弯曲韧性分类:RigidPCB、Rigid-FlexPCB&FlexPCB

总体来看,刚性板市场规模最大,其中多层板总产值占比39%左右,单/双面板占14%左右的份额;其次为柔性板,占总产值约21%的份额;HDI板和封装基板占比约为14%和12%。随着全球电子产品不断更新换代,技术进步推动电子设备持续朝轻薄化、小型化、行动化方向发展,为实现更少空间、更快速度、更高性能的目标,其对印制电路板的“轻、薄、短、小”要求不断提高,PCB产品结构也随之不断变换。

根据Priskmark数据,从2010-2017年的复合增长率来看,柔性板增速最高(CAGR=3.97%),其次为HDI板(CAGR=2.51%),单/双面板基本保持不变,多层板(CAGR=-0.87%)、封装基板(CAGR=-4.12%)则呈下降趋势。根据Prismark的预测,2018-2023年,多层板仍将保持重要的市场地位,为PCB产业的整体发展提供重要的支持作用。从产品结构来看,全球8-16层板、18层以上超高层板复合增长率将分别达5.1%、4.7%。其中,增速最快的中国地区,8-16层板、18层以上超高层板复合增长率将分别达8.6%、10.4%。

总体而言,下游需求逐步偏向高阶产品,FPC板、HDI板、高阶多层板技术日益成熟,增速领先。单/双面板、低阶多层板下游应用最为广泛,但总体份额呈缓慢下降趋势。

 Product structure of PCB

全球PCB产品的结构产值(单位:亿美元)                                                         全球PCB产品的结构占比情况

(3)PCB市场地域分布

• 全球PCB市场不断扩大,中国PCB行业飞速发展

PCB作为电子产品的基石,应用广泛,市场规模达600亿美元。根据Prismark数据,2018年全球印刷电路板产值为624亿美元,同比增长6%。2019年全球PCB产值约为637亿美元,同比增长2.1%。2018-2023年全球PCB产值年复合增长率约为3.7%,预计2023年全球PCB产值将达到747.56亿美元。全球PCB行业市场规模仍不断扩大,市场前景可观。

2001年以来,欧、美、日、韩、台企业因国内产能增长有限从而大规模向海外转移。中国大陆以低廉的劳动力、完善的基础设施及完整的产业链吸引大量外资PCB企业来华投资办厂,目前已成为全球最大的PCB生产基地。Prismark数据显示,2018年中国PCB市场规模达326亿美元,占全球PCB总产值52.4%,同比2017年增长约10%。2019年中国PCB产值约为337.44亿美元,据预测,到2023年中国PCB产值将达到405.56亿美元,占比将达54.25%。中国PCB市场飞速发展,增长速度超全球行业增速。

Product distribution of PCB

2018年全球PCB产值地区分布(亿美元)                                                                    全球及中国PCB产值(亿美元)

• 美欧日韩台产品附加值高,产业结构更优

从各国家/地区产品结构来看,目前美国制造的PCB产品以18层以上的高层板为主,18层以下PCB大部分已经转移到亚太地区生产,因此,美国本土产品的竞争优势主要体现在高端产品和部分特定产品领域,如航空及军事用PCB、医疗电子用高阶PCB等;欧洲以高价值、小批量的PCB产品为主,其主要面向欧洲市场,服务于欧洲的工业仪表和控制、医疗、航空航天和汽车工业等产业;日本同为全球PCB生产基地之一,以技术领先,本国市场呈现多层板、挠性板和封装基板三足鼎立的局面,厂商主要利用高技术提供增值服务,日本本土目前以旗胜、住友电气等大规模生产厂商为主,主导全球中高端FPC市场;除欧、美、日以外,台湾当地以高阶HDI、IC载板、类载板等产品为主,且在全球PCB市场占有一定地位,台湾企业以大批量订单为主,生产规模约为内资企业2-3倍;韩国PCB产品从低端到高端种类齐全,FPC产业处于全球领先地位。

 PCB product structure in 2018

 2018年各国家/地区PCB产品结构

• 中国PCB仍以中低端产品为主,但部分企业已掌握先进技术

虽然中国在PCB领域飞速发展,占比逐年增加,已超五成,但我国生产的PCB产品以单双面板、8层以下多层板和低阶HDI板等中低端产品为主。低层板占总产值33.31%;刚性双面板占总产值11.57%;HDI板占总产值16.63%,占全球HDI板总产值59%,但按归属地统计,中国HDI板产值仅占全球产值17%;封装基板仅深南、兴森、崇达和联硕四家公司具备生产技术。因此,国内企业需拓宽融资渠道,扩大企业规模,从而扩大产能、提高生产技术、优化产业结构、提升企业综合实力及国际竞争力。

但近年来,中国PCB企业也在快速发展。Prismark统计的2018年全球营收前40的PCB企业中,中国企业有6家。国内部分大厂已掌握先进的PCB生产技术,如深南电路已掌握封装基板和多层高速板等高端PCB的加工工艺;兴森科技作为专业样板厂商,可生产高速板、IC封装基板。随着产业结构的调整,产能集中度的提升,中国PCB龙头企业的生产技术将会进一步提升,其在国内高端产品市场实现国产替代的可能性也将进一步加大。

(三)PCB制造工艺

(1)PCB三种制作工艺

目前PCB和IC载板的制作工艺主要有三种,分别是减成法(Subtractive Process,SP)、加成法(Additive Process,AP)与改良型半加成法(Modified Semi Additive Process,MSAP)。

减成法(SP):最传统的PCB制造工艺,首先在覆铜板上镀一定厚度的铜层,然后使用干膜将线路及导通孔保护起来,将不需要的铜皮刻蚀掉。该方法最大的问题是在蚀刻过程中,铜层侧面也会变刻蚀一部分(侧蚀)。侧蚀的存在使得PCB的最小线宽/间距只能大于50μm(2mil),从而只能用于普通的PCB、FPC以及HDI等产品上。

加成法(AP):首先在含光敏催化剂的绝缘基板上进行线路曝光,然后在曝光后的线路上进行选择性化学沉铜,从而得到完整的PCB。该方法由于不需要后期的蚀刻,可以达到很高的精度,制成可以达到20μm以下。目前该方法对基材和工艺流程要求很高,成本高,产量不大;主要用于生产WB或FC覆晶载板(IC substrate),其制程可达12μm/12μm。

sp vs ap

加成法VS.减成法

改良型半加成法(MSAP):首先在覆铜板上电镀薄铜层,然后将不需要电镀的区域保护起来,再次进行电镀并涂上抗蚀涂层,接下来通过闪蚀将多余的化学铜层去除,留下来的就是需要的铜层线路。由于一开始电镀的铜层很薄,闪蚀的时间很短,因此侧蚀造成的影响较小。相比于减成法和加成法,MSAP工艺在制造精度上与加成法相差不大的情况下,生产良率大幅度提高,生产成本下降,是目前精细电路线路载板最主流的制造方法。该技术大量应用于CSP、WB和FC覆晶载板(IC substrate)等精细线路载板的制造;类载板虽属于印制线路板,但从制程来看,其最小线宽/线距为30μm/30μm,无法采用减成法生产,同样需要使用MSAP制程技术。

MSAP process

改良型半加成法(MSAP)的工艺流程

(2)PCB完整生产流程

这里以传统的PCB为例说明整个PCB生产的具体流程:

 PCB production process

PCB印制电路板制作全流程

• 开料把买来的覆铜板,切割成我们需要的大小,叫做开料。PCB板厂的原材料一般都是1020mm×1020mm和1020mm×1220mm规格的多,如果单板或拼板的尺寸不合适,PCB生产过程中,就会产生很多的原料废边,PCB板厂会把之些废边的价格都加到成品的板子上,这样成品的PCB板单位价格就贵一些;如果板子大小设计得好,单板或拼板的尺寸是原材料的n等分,那么原材料的利用率就最高,PCB板厂也好开料,以一样的原材料尺寸,做出最多的板子,单板价格也就是最便宜的了。

• 菲林就是胶片就是银盐感光胶片,也叫菲林,由PC/PP/PET/PVC料制作而成。现在一般是指胶卷,也可以指印刷制版中的底片。菲林都是黑色的。把客户提供的图形文件通过软件进行导入和修改,并最终把图形输出在菲林上。即是把你给厂家的gerber文件变成胶片。

• 曝光在覆铜板表面涂一层感光液体,经过80度的湿式烤干,再用菲林贴在PCB板上,再经过紫外线曝光机曝光,撕下菲林。

• 蚀刻内外层蚀刻方法不一样:

内层蚀刻流程:显影→蚀刻→剥离

外层蚀刻流程:显影→二次镀铜→镀锡→剥离→蚀刻→剥锡

内层一般线宽线距较大,故Ring环是够的;外层一般线路较密,空间不够,所以这个时候就需要想办法在不够的空间内达到做出线路的目的。碱蚀的能力可以达到1~2mil的ring即可,但是酸蚀则需要5mil左右,所以就必须使用锡将需要的线路先保护起来。在能不做堿蚀的地方尽量不做,因为碱蚀成本高於酸蚀。蚀刻因子是一个工厂的制成能力,是无法通过工序来提高的。酸碱蚀的蚀刻能力不一样而已。

• 内层中检通过AOI检查内层线路缺陷

• 棕化采用棕化液粗化铜表面,增加树脂与Cu的接触面积以及树脂对铜的润湿性,并使铜发生钝化,避免不良反应的发生。

• 压板将多层板压合在一起。

• 钻孔机器按照文件中过孔的尺寸和坐标,在PCB上面钻出层与层之间线路连接的导通孔。如过做成非金属孔,线路板厂必须用干膜或者做二钻或者塞胶粒,无论怎么做都会增加板厂成本。所以如果客户不要求的话,板厂一般都会做金属化孔。

• 沉铜是在本来不导电的基材(孔壁)以及铜面上沉上一层化学薄铜。

• 绿油工艺阻焊,俗称“绿油”,主要用于防焊、护板和绝缘等目的。为了便于肉眼检查,于主漆中多加入对眼睛有帮助的绿色颜料,其它尚有黄色、白色、黑色等颜色。通常采用丝印的方式涂布。

• 字符工艺采用丝网印刷的方式在板面上印刷文字,便于后期的维修与识别。

• 表面工艺为了保护PCB表面铜层,通常采用热风整平(HASL)、有机涂覆(OSP)、电镀镍金(PlatingGold)、化学沉镍金(ENIG)、金手指、沉银(IS)、沉锡(IT)等表面工艺形成一层表面保护层。

• 外形工艺利用铣刀将板子裁切成客户所需要的尺寸形状

• 电测工艺对PCB的电性能即开短路进行裸板测试以满足客户要求。

• 终检/可靠性外观与长度方面的检测包括外形尺寸、板边、板厚、孔径、线宽、孔环大小等方面检测;对可焊性、线路剥离强度、热冲击、离子污染、湿气、绝缘、阻抗等可靠性方面测试。

• 包装出货产品打包发货。

(四)PCB产业链分析

PCB行业市场容量大、生产企业众多,形成了原材料-覆铜板(CCL)-印刷电路板(PCB)-电子产品垂直应用一套完备的产业链体系。行业的整体利润水平受上游供给和下游需求的影响较大。

PCB industry chain

PCB上下游产业链

(1)上游:铜价处于历史较低位水平,铜箔产能逐渐释放

PCB主要由覆铜板、铜箔、油墨和其他化学材料等构成。从成本结构来看,排除人工制造费用外,覆铜板占比约30%,铜箔、磷铜球占比约15%,油墨占比3%,其他化学材料占比12%。其中,覆铜板是PCB的最主要基础材料,以目前市场上产销量较大的覆铜板产品类型预测,铜箔、玻纤布、树脂以及其他制造费用(包括人工、仓储物流、设备折旧、水电煤等),大致占总成本比重分别为39%、18%、18%和25%。铜箔是覆铜板的最主要原材料之一,其对覆铜板价格影响较大。铜箔主要分为电解铜箔和压延铜箔,铜箔的价格主要取决于铜的价格变化,其受国际铜价的影响较大。

PCB cost

PCB制造成本大致占比                                                                            覆铜板制造成本大致占比

• 铜箔

电子铜箔价格由“铜价+加工费”决定,国际铜价趋于稳定。铜箔价格主要受铜价和加工费影响,从LME铜现货结算价来看,近10年间,铜价在20112016H1期间进入下行通道,在2016年1月触底,最低价约为4300美元/吨,接着2016年底受因供需趋紧影响,国际铜价出现明显回升,铜价开启了2016H1-2018H1连续两年的上涨过程,2017年10月国际铜价达到区间高点,最高约为7000美元/吨。2018年6月以来,国际铜价整体呈震荡下行趋势,截至8月29日,最新的LME铜现货结算价为5722美元/吨,处于近10年历史较低位水平,受此影响,下游覆铜板及PCB板产品成本有所下滑,利润空间有一定改善。

PCB用铜箔市场快速增长,国产替代空间较大。5G、汽车电子、IC封装载板等市场的蓬勃发展,对电子电路铜箔的需求也有所变化,对于高档高性能铜箔如高频高速电路用铜箔、IC封装载板及薄铜箔、大功率及大电流电路用厚铜箔等需求明显增加。尤其是5G时代的到来,全球对于高频高速PCB用铜箔需求迅速增加,根据中电材协电子铜箔材料分会统计,全球高频高速PCB用铜箔2018年总需求量约为3.8万吨,内资铜箔企业占比仅为10%左右,国产替代空间巨大。

铜箔产能逐渐释放,预计2020年原材料成本可控。因产能供给紧张导致的铜箔及覆铜板涨价趋势在2018年得到缓解,根据中国电子材料行业协会电子铜箔材料分会于2019年4月公布的调研结果,2019年PCB铜箔年产能预计新增3.1万吨,至2019年年底可以达到30.1万吨;另外约有3万吨锂电铜箔新增产能可以转化为PCB铜箔产能。此外,覆铜板行业的主要供应商生益科技和建滔化工新增覆铜板产能在2019年开始逐步量产。未来1-2年PCB铜箔和覆铜板产能供给较为充足。整体来看,预计2020年覆铜板原材料成本可控。

• 玻纤布

玻纤布也是覆铜板的主要原材料之一,其由玻璃纤维纺织而成,根据厚度可分为厚布、薄布、超薄布及特殊规格布。目前中国大陆及台湾地区的玻纤布产能已经占到全球的70%左右。玻纤布规格比较单一及稳定,近年来,规格几乎没有太大变化,其价格受供需关系影响较大。

• 其他

印制电路板其他原材料如半固化片、油墨、金盐等占印制电路板的原材料成本比重较低,对印制电路板的成本影响较小。

(2)中游:常规覆铜板产能过剩,高端覆铜板仍依赖进口

PCB中游包括覆铜板厂商和PCB厂商。覆铜板是将增强材料浸以有机树脂,一面或两面覆以铜箔,经热压而成的一种板状材料,担负着导电、绝缘、支撑三大功能,是一类专用于PCB制造的特殊层压板,占整个PCB生产成本的20%~40%。玻纤布基板是最常见的覆铜板类型,由玻纤布作为增强材料,环氧树脂为粘合剂制成。PCB厂商以覆铜板为基材,进行印制电路板的生产、设计、制作和销售,为满足下游领先品牌客户的采购需求,许多情况下PCB生产厂商还需要采购电子零件与PCB产品进行贴装后销售。

覆铜板(CCL)按照构造及结构可分为刚性CCL、挠性CCL、特殊材料基CCL,根据其使用的基材不同可进一步分类。刚性CCL是指不易弯曲,并具有一定硬度和韧度的覆铜板,复合基CCL一般指由两种以上的补强材料(一般为纸、玻纤布或玻璃毡)与树脂经压合支撑的一种刚性覆铜板。挠性CCL是用具有可挠性补强材料(薄膜)覆以电解铜箔或压延铜箔制成,其优点是可以弯曲,便于电器部件的组装。

覆铜板产业是一个资金需求较大,集中度相对较高的一个行业。根据Prismark的调研数据显示,全球覆铜板行业CR10达75%,CR5达52%,集中度较高,其中生益科技的市占率为12%,行业主要公司具有较强的议价能力,而覆铜板下游的PCB行业CR10仅为26%,属于完全竞争行业。

中电材协覆铜板分会统计数据显示,2018年,我国覆铜板总产能为8.85亿平方米,同比增长5%,总体产能利用率为73.97%,我国常规类的覆铜板产能过剩问题依然存在,但高端、高性能覆铜板领域仍需大量进口。2018年,我国覆铜板总销售收入达到559.69亿元,同比增长9.6%。

CCL company

全球覆铜板企业市占率

(3)下游:应用领域广泛,通信及服务器市场潜力较大

PCB的下游应用领域较为广泛,近年来,随着电子产业的发展,产品应用已覆盖到通讯、消费电子、汽车电子、计算机、医疗、航空国防等各个领域。其中通信、计算机、消费电子应用领域,合计占比接近70%。根据Prismark统计和预测,2018年至2023年,全球单/双面板和多层板在下游领域的PCB产值年均复合增长率约为3.7%,其中复合增速最高的是无线基础设施,将达6.0%,其次是服务器/存储器(数据中心)、汽车电子,增速都将达到5%以上。

2018年前三季度PCB市场受益于服务器、网络通讯设备等电子系统端的快速成长,市场表现较好,第四季度开始受贸易摩擦影响,行业面临下行压力。美国政府对原产于中国商品加征进口关税的清单中涉及使用PCB的终端产品以PCB裸板加征关税使得出口依赖度较大的PCB企业经营业绩受到一定冲击,从2018年四季度以来PCB供应商订单较上年同期有所减少,且出现PCB设备要求延期交货现象。根据IDC统计,2018年全球智能手机、计算机、平板电脑出货量同比分别下滑4.62%、0.39%、0.11%,其中手机和计算机降幅较2017年加大。2018年全球PCB产值规模为624亿美元,同比增长6%;中国全年PCB产值规模为327亿美元,同比增长10%,为全球增速最快的地区,占全球PCB产值的比重进一步提升至52.4%。

PCB application field

2018年PCB板下游应用领域PCB产值(百万美元,%)                                                 2018-2023年PCB板下游应用市场复合增长率(%)

整体而言,从细分赛道的角度来看,通信和服务器/存储器代表的高多层市场是空间最大、增长最快的市场。根据Prismark的统计,通信有线、无线设备PCB市场2018年达到66亿美金,服务器/存储器PCB市场达到50亿美金,该三块市场均和通信行业发展有关,受到通信行业技术创新和投资建设的驱动,且产品形态相似主要为多层通孔板,可认为属于通信类PCB市场,合计116亿美金的市场空间仅次于手机PCB市场。

• 通信领域

在通信领域PCB主要应用于无线网、传输网、数据通信网及固网宽带等环节。据Prismark统计,2017年全球通讯电子领域PCB产值预估达178亿美元,占全球PCB产业总产值的30.3%,而PCB下游通讯电子市场电子产品产值在2018年预估达到5,850亿美元,预计2018-2022年4年仍将保持2.9%的复合增长率,其中无线基础设施对于PCB的需求年均复合增长率为6%。

5G建设将拉动PCB产业链景气度。5G通信技术的演进将促使通信设施的换代和重建,根据TBR预测,全球5G资本开支在2022年将达到120亿美元,且赛迪顾问预计中国国内基站数量将是4G基站的1.1~1.5倍,而截至2019H1三大运营商4G宏基站的总数达到558万站,考虑到中国移动将主要在2.6GHz频段建设5G网络,中国电信、中国联通3.5GHz建网,我们预计5G宏基站总数有望达到600万站,全球5G宏基站总数有望突破1000万站,以7年内(2019-2025)建设600万5G宏基站进行测算,我们认为国内三家运营商2019年新建15万左右5G宏基站,5G投资高峰期将在2021年左右到来,可以预见5G建设将在未来3-5年显著拉动PCB产业链景气度。

5G天线射频结构性变化,将促使PCB量价齐升。4G时代,PCB主要用在基站BBU(背板、单板)及天线下挂的RRU中,RRU由于体积较小,PCB需求量相对较小。5G时代,基站天线从无源向有源演进,RRU与天线合并成为支持大规模天线的有源天线单元(AAU),AAU集成了天线与RRU的功能,包含天线振子、滤波器、T/R模块、控制模块、电源模块。其中,PCB主要应用于密集辐射阵(天线振子)、功分网络板(馈电网络)、耦合校准网络板及收发单元中。同时,大规模天线的应用对天线集成度有更高要求,移动通信基站从2G时代的2通道发展到4G时代的4通道、8通道,再发展至5G时代的MassiveMIMO大规模天线阵列。FPGA芯片、光模块、射频元器件及电源系统将被集成于支持高速、高频PCB板中。5G基站使用的PCB与4G基站PCB相比,技术难度上了一个台阶。一方面由于高频通信的要求,无论是AAU还是BBU都需要使用大量高频高速材料;另一方面,5G基站功能增多,PCB上元件的集成密度明显提升,电路板的设计难度也随之提高。高频高速材料的使用和制造难度的提升将显著提升PCB单价。

据Prismark统计,通信设备的PCB需求主要以高多层板为主(8-16层板占比约为35.18%),并具有8.95%的封装基板需求;移动终端的PCB需求则主要集中于HDI、挠性板和封装基板。 

PCB communication equipment

下游通信设备及移动终端PCB需求结构

5G传输设备升级带来高速PCB需求提升。面对5G新需求,传输网容量将提升10倍、时延降低10倍、单比特成本降低10倍,并对芯片在交换容量、时延、MAC数量、交换方式、标签层数和功耗等方面提出了更高要求。5G传输设备光电互联的复杂度快速提升,支撑通信技术发展的PCB也将向高速大容量的方向发展,在频率、速率、层数、尺寸以及光电集成上提出更新的要求,从目前领先的25Gbps总线速度向更高的56Gbps发展。相较4G传输设备通常采用FR-4PCB板材,5G传输设备尺寸变化不大,但对数据转发处理能力需求的增强,带来高速多PCB板材(20-30层,核心设备高速PCB层数达40层以上)需求大幅提升,其中单基站需要2~3块BBU单板。

• 消费电子领域

近年AR(增强现实)、VR(虚拟现实)、平板电脑、可穿戴设备频频成为消费电子行业热点,叠加全球消费升级之大趋势,消费者逐渐从以往的物质型消费走向服务型、品质型消费。目前,消费电子行业正在酝酿下一个以AI、IoT、智能家居为代表的新蓝海,创新型消费电子产品层出不穷,并将渗透消费者生活的方方面面。据Prismark统计,2017年全球消费电子领域PCB产值预估达79亿美元,占全球PCB产业总产值的13.4%,而2017年下游消费电子行业电子产品产值预估达到2,570亿美元,预计2017年-2022年消费电子行业复合增长率为4.6%。

受益于通信技术和手机零部件的不断升级带来的历次换机潮,全球手机市场目前维持着稳定增长的趋势。根据IDC统计,全球手机出货量由2011年的17.18亿部增长至2018年的18.91亿部,出货金额由2011年的3049亿美元增长至4950亿美元。随着5G时代的到来,2019-2022年,全球手机平均出货金额预计将稳步增长至近6000亿美元。

移动终端的PCB需求则主要集中于HDI、挠性板和封装基板。据Prismark统计,移动终端的PCB需求主要以HDI及挠性板为主(HDI板占比约为50.68%),并具有26.36%的封装基板需求。

Output value of consumer electronics

下游通信设备及移动终端PCB需求结构                                                                       2011-2022E全球消费电子产品产值(十亿美元)

• 服务器

计算机领域的PCB需求可分为个人电脑和服务/存储等细分领域,其中个人电脑的市场基本饱和,增速较为缓慢,而服务/存储的市场规模增长较为迅速。据Prismark统计,2016年计算机领域的PCB需求约为169.94亿美元,预计2016年至2021年复合增长率约为-0.11%。个人电脑的PCB需求主要集中于挠性板和封装基板,合计占比达48.17%;服务/存储的PCB需求以6-16层板和封装基板为主。PCB在高端服务器中的应用主要包括背板、高层数线卡、HDI卡、GF卡等,其特点主要体现在高层数、高纵横比、高密度及高传输速率。高端服务器市场的发展也将推动PCB市场特别是高端PCB市场的发展。

Storage PCB requirements

下游个人电脑及服务/存储PCB服务需求

目前全球数据中心向高速度、大容量等特性发展。据IDC的数据统计,2016年全球的数据中心市场规模达到452亿美元,增长率为17%。而中国数据中心增长明显快于全球步伐,2016年规模为715亿人民币,增长率达到37%。在高速、大容量、云计算、高性能的服务器不断发展下,PCB的设计要求也不断升级,如高层数、大尺寸、高纵横比、高密度、高速材料的应用、无铅焊接的应用等。根据覆铜板咨询研究,在2017年销售的所有服务器中,大约有95%是基于英特尔的X86计算体系结构。而随着英特尔计算能力的提高,对于印刷电路板的层数及材料的要求也越来越高,从之前的1U或2U服务器的4层、6层、8层主板发展到现在的4U、8U服务器的16层以上,背板则在20层以上,PCB层数的增加对供应商的整体加工能力提出更高要求。

• 工控医疗

工控设备可以被视为一种加固的增强型计算机,用于工业控制以保证工业环境的可靠运行。工控设备通常具有较高的防磁、防尘等性能,拥有专用的底板、较强的抗干扰电源、连续长时间工作能力等特点,如高速公路、地铁等交通管控系统。医疗设备指单独或组合适用于人体的仪器、设备、器具、材料或者其他物品,而医疗用电子产品主要表现为医疗器械中的高新技术医疗设备,其基本特征是数字化和计算机化,如超声仪、血液细胞分析仪、便携式医疗设备等。

根据Prismark统计,2016年工控医疗领域的PCB需求约为37.70亿美元,预计2016年至2021年的年复合增长率约为3.87%。随着全球人口加速老龄化,便携式医疗、家用医疗设备的需求急剧增长,使得医疗设备拥有广阔的发展前景。工控医疗领域的PCB需求以16层及以下的多层板和单/双面板为主,占比约为80.77%。

PCB requirement of industrial control

下游工控医疗PCB需求结构

受高端装备市场需求和劳动力成本上升及国家政策支持的影响,国内工控设备产业的发展前景良好,对其上游印制电路板行业形成稳定的市场需求。据Prismark统计和预测,2016年全球工业控制行业对PCB板的需求规模约为26.40亿美元,预计2021年将达到32亿美元,未来五年的年复合增长率约为4.3%。

现代医疗器械产品逐渐呈现数字化和计算机化的特征,医疗电子在医疗器械产品中得到了广泛使用,如家庭医疗器械产品电子血压计、电子体温表、血糖仪、糖尿病治疗仪等,还有医院常用的医疗器械产品超声仪(彩超、B超等)、CT、X光机、心电图机等。

随着经济的发展及老龄人口占比提高,未来几年全球医疗器械市场将保持持续增长,促进医疗电子用PCB需求的增加。根据医疗行业咨询机构EvaluateMedTech发布的《WordPreview2016,Outlookto2022》(October2016),2015年全球医疗器械市场销售额达到3,710亿美元,预计到2022年,全球医疗器械市场销售额将达到5,298亿美元,2016-2022年间的复合年增长率为5.2%。据Prismark统计和预测,2016年全球医疗器械行业对PCB板的需求规模约为11.31亿美元,预计2021年将达到13亿美元,2016-2021年预计复合增长率为3.2%,医疗电子用PCB占PCB总产值份额也将从2016年2.0%提高到2021年的2.1%。

• 汽车电子

汽车电子是车体汽车电子和车载汽车电子控制装置的总称,是由传感器、微处理器、执行器、电子元器件等组成的电子控制系统。随着汽车整体安全性、舒适性、娱乐性等需求日益提升,电子化、信息化、网络化和智能化成为汽车技术的发展方向;同时,新能源汽车、安全驾驶辅助以及无人驾驶技术的快速发展,使得更多高端的电子通信技术在汽车中得以应用,汽车电子系统占整车成本的比重不断提升。

据Prismark统计,2016年汽车电子领域的PCB需求约为50.43亿美元,2016年至2021年复合增长率约为4.26%。汽车电子领域的PCB需求主要以低层板、HDI板和挠性板为主。

Automobile PCB

下游汽车PCB需求结构

汽车电子化趋势确定,万亿级市场推动汽车PCB稳定增长。2012至2017年以来,全球汽车电子规模从1500亿美元提升至2017年的2300亿美元,年均复合增速达9%。预计2018年全球汽车电子市场规模将达2500亿美元。2012年中国汽车电子市场规模为445亿美元,占全球汽车电子市场份额约30%,2017年中国汽车电子市场规模增长至826亿美元,占全球汽车电子市场份额的36%,年均复合增速高达13%,远超过全球汽车电子市场增速,预计2019年中国汽车电子市场规模将达1102亿美元,中国将逐步成为汽车电子化的主要市场。

随着汽车电子的高速发展,汽车PCB产品的高可靠性要求趋严。汽车用PCB要求工作温度必须符合-40℃~85℃,PCB一般选用FR4(耐燃材料等级,主要为玻璃布基板),厚度在1.0~1.6mm。根据中国产业发展研究网的数据,目前中高档轿车中汽车电子成本占比达到28%,混合动力车为47%,纯电动车高达65%。

汽车电子在整机制造成本的占比不断提升,带动车用PCB的需求面积将同步增长。因汽车的工作环境十分复杂,对PCB的可靠性要求极高。相对而言,车用PCB需经过系列测试,准入门槛较高,需经过较长周期的认证,为节约成本,厂商一般不轻易更换认证后的供应商。另外,因汽车行业独特的召回制度,使得规模较小的厂家被排除在外,因而车用PCB多由大规模厂商提供,且订单较为稳定。

Automotive electronics

汽车电子占整车比重                                                                                           汽车电子价值量占比

• PCB行业东移,中国大陆占据半壁江山

纵观PCB发展历程,自上世纪50年代至今全球PCB产业格局经历了由“欧美主导”到“亚洲主导”的发展历程,PCB产业东移趋势明显。

PCB产业最初由欧美主导,随着日本电子产业的崛起,日本加入主导行列,形成美、日、欧三足鼎立的局面。进入21世纪,随着亚洲经济的发展,依靠土地优势和劳动力优势,吸引老牌PCB厂商的投资,美、日制造业逐步东移至台湾、韩国,再转至中国大陆,形成以亚洲为主的局面。

2001-2017年,欧、美、日三地的PCB产值占比不断下降。美国由2000年的26%下降到2017年的4.66%;欧洲由2000年的16%下降到2017年的3.34%;日本由19.17%下降至2017年的8.93%。亚洲PCB产值比重则在不断上升,由2000年的29%上升至2017年的59.46%,由于台湾、韩国PCB产业也逐步东移,中国大陆于2009年超越所有地区,成为全球PCB产业转移的中心,截至2017年,产业占比达50.37%,占据了PCB行业的半壁江山。

根据Prismark預測,未来几年全球PCB行业产值将持续增长,直到2022年全球PCB行业产值将达到近760亿美元。而从全球角度看,中国PCB行业发展最为迅速,2014-2019年的复合增长率约为5.1%,比全球增长率高2%。预计到2019年中国的PCB产值有望达336亿美元。随着全球PCB产业的转移态势,中国有望在全球角逐中夺得PCB行业的领导地位。

PCB industry

全球PCB产业转移趋势                                                                      全球各地区PCB占比情况变动

• 行业分散,外资企业占主导地位

PCB的应用场景、产品、性能、材料等方面有较大的差异,导致整个行业具有明显的定制化特点,行业参与者众多,且竞争格局分散。根据Prismark的统计,2017年全球第一大PCB厂商臻鼎科技,营收为35.88亿美元,在全球PCB行业的市占率仅6.10%,前十大PCB厂商的市占率合计仅33.51%,行业集中度低。从国内行业现状来看,2017年中国PCB行业前十大厂商营收合计804.99亿元,占行业比重的40.18%,其中第一大合资厂商臻鼎科技,营收为242.44亿元,市占率12.1%;第一大内资厂商深南电路营收56.87亿元,市占率仅2.84%。

从营收层面上,台湾、韩国、日本等海外老牌PCB产商依然占据主导地位。根据Prismark姜旭高博士发布的2018年上半年全球PCB供应商四十强数据,台湾、韩国、日本在40强中分别占据13/8/8家,截至18年上半年,三个地区合计获得166.56亿美元营收,占前40强总数的77.78%,而中国大陆,在前40强中无论是企业数量还是营业收入均排名第四,其营收占比仅占40强总数的11.64%。

中国的PCB行业虽然发展迅速,但期初产值贡献主要来自外资的在华产能,内资企业总体竞争力总体较弱。根据CAPA数据统计,外资在华厂商比重达58%,内资产商虽然数量有所提升,但规模较小。从2017年国内PCB企业的营收数据来看,规模10亿以上的内资企业占比还不足30%。在国内PCB生产商前十榜单中,中国本土企业仅有两家上榜,合计市占率约4.93%,企业规模小且聚集度低,仍有较大的提升空间。

PCB top10

2017年全球Top10PCB厂商营收情况(亿美元)

PCB TOP40

2018H1全球top40PCB企业数量(家,%)                                         2018H1全球top40PCB企业营收情况(亿美元,%)

• 中国PCB企业依靠成本优势、产能扩张和下游本土品牌的崛起,拉动PCB国产化进程

中国PCB企业前期依靠成本优势,获得了成长的契机。中国企业拥有较低的人力成本、土地成本和制造成本,在产业发展初期,依赖价格优势切入中低端PCB市场,成立了大量的中小型企业,并吸引了日本、台湾、欧美等企业纷纷来华投资建厂。

随着行业的发展,中国PCB内资企业通过自身发展或合资建厂,逐渐积累自身资本、人才和技术资源,构建自身产业护城河,不断发展壮大。在技术上,不断加大研发投入,积累中高端PCB技术;在产能上,不断投资建厂,形成规模优势;在产业链上,逐步完善上游原材料渠道和应用市场,形成完备的上下游产业链体系。

下游本土品牌的崛起,带动了PCB国产化进程。PCB与电子行业的发展息息相关,当前我国多家企业已发展成为细分龙头,如华为、中兴、海康、联想等一批优秀企业。这些本土企业既有降低原材料成本的需求,又对供应商有贴近生产地的诉求。随着下游本土企业在国际上市场份额的提高,产业链上游原材料、制造业逐步崛起,中国PCB企业国产化进程也随之加速。

从进出口贸易差来看,中国是PCB产品的进出口大国,既是国际PCB市场的重要供应地区,也需要进口大量产品以满足国内下游电子产品制造的需求,说明我国PCB产业存在一定的结构性矛盾,也从侧面印证了我国PCB行业仅主导中低市场,高端产品还依赖进口。从2014年起,中国正式实现PCB贸易从逆差到顺差的转变,标志着中国PCB正进行结构性转变,生产技术不断发展,初步实现进口替代的目标。

China PCB export

2009-2017年中国PCB进出口与差额情况(亿美元)

根据CPCA不完全统计,2017年度行业新建PCB项目30项,另有上市企业通过同业并购不断壮大,不少企业实现多地布局,这些新建项目在2018年产能已逐步释放。2018年PCB行业中媒体报道的包含签约、开工、在建工程、竣工、试产/投产、扩产产能项目共计76项,总计投资金额约1912亿元。从2018年统计的投资项目中看出,刚性多层板项目共计47项;挠性板、刚挠结合板、SMT以及模组类的项目有23项;HDI 电路板项目有4项,IC封装基板项目有3项。其中,HDI板和IC载板高技术领域企业开始增多。随着产能的不断释放和投资领域的不断升级,国内PCB企业有望加快发展壮大,不断推动PCB国产化进程。

PCB investment in China

2018年国内PCB投资状态及数量

• 国内PCB发展趋势展望:行业集中度不断提升

在产品类型上,由于PCB行业整体上向高密度、高精度、高性能方向发向发展,产品不断缩小体积,轻量轻薄,性能升级,以适应下游不同应用领域的需求,更精密的HDI板和IC封装基板的投入将不断加大。当前,国家对环境保护越来越重视,2018年1月1日起中央施行《中华人民共和国环境保护税法》,通过税收机制倒逼高污染、高能耗企业转型升级,对4层以下的低端PCB产品投资进行了限制,使得单双面板等成本低、投资少的低端PCB产品逐步退出市场。此外,随着5G、新能源汽车的推进,多层板在高速、高频和高热领域的应用也将继续扩大。PCB产品在质和量上,不断往高技术领域倾斜,企业在技术研发上的投入也将不断加大。

在企业战略策略上,PCB上游企业对外界因素变化较为敏感,能够将价格压力几乎全部转移到中间PCB产商。当上游原材料紧缺时,PCB产商将承担较大的价格压力,经营风险加剧。由于上游企业集中度较高,行业有进入壁垒,一些PCB产商尝试进入下游电子联装行业,以实现产销一体化,降低生产成本,缓解涨价压力,分散经营风险。

在行业规模和集中度上,PCB的行业规模将不断扩大,越来越多的企业试图通过市场手段,募集资金扩大生产,形成规模优势。部分落后的中小企业将逐步退出市场,产能优势将集中到龙头企业。

在行业布局上,我国的PCB企业主要分布在珠三角、长三角和环渤海区域。早期PCB产能集中在渤海湾地区,长三角地区台商企业集中,珠三角地区集聚大批本土优秀电子企业,中高端PCB企业集中。长三角和珠三角两个地区的PCB产值占中国大陆总产值的90%左右。近年来,部分PCB企业由于劳动力成本提升,将产能从珠三角地区、长三角地区迁移到基础条件较好的中西部城市。而珠三角地区、长三角地区利用其人才、经济、产业链优势,不断向高端产品和高附加值产品方向发展。

(5)投资建议

近年来,全球PCB行业东移趋势显著,中国大陆总产值占据了PCB行业的半壁江山,仅2017年其产值占比已达50.37%。行业大方向上,虽然外资企业在高端产品上仍占据主导,但随着下游本土品牌如华为、中兴、海康等公司的崛起,内资企业国产化替代成为本轮行业发展的主题。从产品结构上看,随着业内对印制电路板的“轻、薄、短、小”要求不断提高,下游需求逐步偏向高阶产品,FPC板、HDI板、高阶多层板技术成为未来的主要方向。PCB行业下游应用领域广泛,我们认为,当前行业增长主要依赖由5G推动的通信基础设施建设,带动高频电路板、高速电路板、多层电路板、HDI电路板市场的大规模放量,预计由通信基建带来的拉动效应将持续到2021年。同时,随着5G通信基建趋向完备,预计消费电子领域在2020年启动5G换机潮,拉动HDI PCB、挠性电路板和IC封装基板加速放量,PCB行业将迎来新一波高潮。

(五)IC载板

传统的集成电路(Integrated Circuit,简称IC)封装采用引线框架作为IC导通线路与支撑IC的载体,连接引脚于导线框架的两旁或四周,如双侧引脚扁平封装、四侧引脚扁平封装等。在引脚数量数量还不算太多的时候,此种封装方式还能够满足要求。随着半导体技术的发展,IC的特征尺寸不断缩小,集成度不断提高,相应的IC封装向着超多引脚、窄节距、超小型化方向发展,传统的引线封装已经无法满足。上个世纪90年代,球栅阵列封装(BallGridArray,简称BGA)、芯片尺寸封装(ChipScalePackage,简称CSP)等新型IC高密度封装方式开始出现,因此IC载板顺势而生。

(1)IC载板概念及分类

IC封装基板(ICPackageSubstrate,又称为IC封装载板)是先进封装用到的一种关键专用基础材料,在IC芯片和常规PCB之间起到提供电气导通的作用,同时为芯片提供保护、支撑、散热以及形成标准化的安装尺寸的作用。封装基板分类方式较多,主要可以通过封装工艺、材料性质和应用领域等方式来分类。

• 按照封装工艺的不同,封装基板可分为引线键合封装基板和倒装封装基板。

• 按照基板材料的不同,封装基板可以分为硬板、软板和陶瓷基板。

• 按照应用领域的不同,封装基板又可分为存储芯片封装基板、微机电系统封装基板、射频模块封装基板、处理器芯片封装基板和高速通信封装基板等,主要应用于移动智能终端、服务/存储等。

IC Substrate Classification

IC载板分类

(2)行业壁垒

从HDI电路板发展而来,技术壁垒远高于HDI电路板和普通PCB。IC载板是在HDI电路板的基础上发展而来,两者存在一定的相关性,但是IC载板的技术门槛要远高于HDI电路板和普通PCB。IC载板可以理解为高端的PCB,具有高密度、高精度、高脚数、高性能、小型化及薄型化等特点,其在多种技术参数上都要求更高,特别是最为核心的线宽/线距参数。以移动产品处理器的芯片封装基板为例,其线宽/线距为20µm/20µm,在未来2-3年还将不断降低至15µm/15µm,10µm/10µm,而一般的PCB线宽/线距要在50μm/50μm以上。

Comparison of PCB technical parameters

IC载板、SLP、HDI和普通PCB技术参数对比

与普通PCB相比,IC载板存在很多处技术难点,这些技术难点是IC载板最大的行业准入门槛,下面总结几点IC载板的技术难点。

• 芯板制作技术IC载板的芯板很薄,极易变形,只有当板件涨缩、层压参数等工艺技术取得突破之后,才能实现超薄芯板翘曲和压合厚度的有效控制。

• 微孔技术微孔孔径一般要达到30μm左右,远小于普通PCB和HDI的微孔孔径,叠孔层数达到3阶、4阶、5阶。

 

• 图形形成和镀铜技术镀铜厚度均匀性要求高,对精细电路的闪蚀要求高。目前线宽间距要求是10-30μm。镀铜厚度均匀性要求为18±3微米,蚀刻均匀性为≥90%。

• 阻焊工艺IC载板阻焊表面高度差小于10μm,阻焊和焊盘的表面高度差不超过15μm。

• 检测能力和产品可靠性测试技术IC载板工厂需要配备一批与传统PCB厂不同的检测设备/仪器,还需要掌握与常规不同的可靠性检测技术。

 Laser drilling blind hole

超精细UV激光钻PCB盲孔

IC载板生产流程复杂,MSAP工艺是主流。IC载板最小线宽/间距普遍要小于30μm,传统的减成法工艺已经难以满足IC载板的要求,MSAP是目前IC载板制造的最普遍工艺。MSAP工艺除了在IC载板制造上得到广泛应用之外,苹果还将该工艺引入了SLP(类载板)的生产制造。目前的设计是混合使用减成蚀刻法和MSAP工艺,MSAP工艺能够应用于更薄、更小的母板设计。

IC载板行业壁垒高,不仅限于技术门槛。极高的技术要求和众多的专利限制已经造就了IC载板行业的高门槛,而该行业的壁垒还包括资金和客户等多方面。

• 资金壁垒

由于IC载板具有极高的技术壁垒,前期的研发投入巨大,且耗时良久,项目的开发风险大。IC载板产线的建设和后续的运营也需要巨大的资金投入,其中设备的资金投入最大。IC载板产线设备众多,单台设备价格可能就会超过1000万元,设备/仪器投资占IC载板项目总投资60%以上,这对于传统PCB厂商而言是个沉重的负担。以兴森科技为例,公司于2012开展IC载板项目,项目总投资超过4亿元,预计三年达产,达产后年产值约5亿元,然而公司IC载板项目前期开展困难,多年来亏损超4亿元,严重拖累了公司业绩,直到六年后的2018年才逐渐好转。

• 客户壁垒

IC载板客户验证体系较PCB更为严格,其关系到芯片与PCB的连接质量。行业内一般采用“合格供应商认证制度”,要求供应商有健全的运营网络,高效的信息化管理系统,丰富的行业经验和良好的品牌声誉,且需要通过严格的认证程序,认证过程复杂且周期较长。还是以兴森科技为例,经过近两年的验证合作,公司才于2018年9月通过三星认证,并且大规模为三星供货还需一段时间。

• 环保壁垒

与PCB类似,IC载板的生产制造过程涉及多种化学和电化学反应,生产的材料中也包含铜、镍金、银等重金属,存在一定的环保风险。随着国家对环保重视力度的加大和环保政策的持续出台,IC载板项目的前期环评愈发困难,环保的趋严也进一步提升了行业资金门槛,资金实力不够雄厚的企业难以拿到行业准入门票。

(3)IC载板供应链

封装基板是IC封装最大的成本,占比超过30%。IC封装成本包括封装基板、包装材料、设备贬值和测试等,其中IC载板成本占比超过30%,是集成电路封装的成本大头,在集成电路封装中占据重要的地位。对于IC载板来说,其基板材料包括铜箔、基板、干膜(固态光阻剂)、湿膜(液态光阻剂)及金属材料(铜球、镍珠及金盐),其中基板占比要超过30%,是IC载板最大的成本端。

IC packaging cost

IC封装成本构成IC载板成本构成

• 主要原材料之一:铜箔

与PCB类似,IC载板所需铜箔也为电解铜箔,且需是超薄均匀性铜箔,厚度最低可达1.5μm,一般为9-25μm,而传统PCB所用铜箔厚度为18、35μm左右。超薄均匀性铜箔的价格要高于普通电解铜箔,在加工难度上也要更大一些。

• 主要原材料之二:基板

IC载板的基板类似于PCB的覆铜板,主要分为硬质基板、柔性薄膜基板和共烧陶瓷基板三大种类,其中硬质基板和柔性基板具备更大的发展空间,而共烧陶瓷基板发展趋于减缓。IC载板基材主要考虑的因素包括尺寸稳定性、高频特性、耐热性和热传导性等多种要求,目前硬质封装基板主要有三种材料,分别是BT材料、ABF材料和MIS材料;柔性封装基板基板材料主要包括PI(聚酰亚胺)和PE(聚酯)树脂;陶瓷封装基板材料主要为氧化铝、氮化铝、碳化硅等陶瓷材料。

Packaging substrate classification

封装基板基材分类

上游基板材料生产厂商较多,国内技术相对薄弱。IC载板核心材料基板种类较多,上游生产厂商多为外资企业。以使用量最大的BT材料和ABF材料为例,全球BT树脂主要生产厂商为日企三菱瓦斯化学和日立化成,中国主要是台湾地区产能较大,包括景硕、欣兴和南电等,大陆企业涉及的很少;ABF材料龙头包括南电、Ibiden、Shinko、Semco等,欣兴正积极赶进度,中国大陆内资企业少有涉及。就中国企业而言,生益科技走在了IC载板基材研发生产前列。公司于2018年5月发布公告称,对“年产1,700万平方米覆铜板及2,200万米商品粘结片建设项目”进行变更,原项目实施地点地块将规划建设封装载板用基板材料生产线。公司在IC载板基材端的布局有望突破外资巨头的技术包围,加速PCB和IC载板的国产替代进程。

IC载板应用领域广泛。主流封装基板产品大致分为五类,分别为存储芯片封装基板、微机电系统封装基板、射频模块封装基板、处理器芯片封装基板和高速通信封装基板,这些芯片由于集成度高,基本都已经采用基板封装方案,随着IC集成度的不断提升,其他芯片采用IC载板的比例也会越来越高。

(4)IC载板产业格局

• IC载板发展历史

IC载板技术起源于日本,后来韩国和中国台湾相继崛起,最终行业格局变为日韩台三足鼎立,近年中国大陆企业有崛起趋势。从20世纪80年代末IC载板被研发出来至今,全球IC载板发展大致可以分为三个阶段:

第一阶段:1980s-20世纪90年代末此阶段为IC载板发展初期,由于日本是IC载板技术的开创者,日本此时的IC载板技术全球领先。日本主要产品为有机树脂封装基板(以BT基板为主),占据全球绝大部分的市场。日本由此诞生了多家行业领先的IC载板企业,包括Ibidegn、Shinko和Eastern等。

第二阶段:20世纪90年代末-21世纪初随着《美日半导体协议》的签署,处于浪潮之巅的日本半导体芯片产业掉头滑向深渊。日本的半导体存储产业从全球市占率第一直接降到忽略不计,而与此同时,韩国和中国台湾彻底抱上美国大腿,日本半导体产业基本出局。在这种时代背景下,辅以韩国和中国台湾的人工成本优势,这两个地区的IC载板行业开始崛起,到21世纪初,全球IC载板行业基本形成了日韩台“三足鼎立”的格局。韩国和台湾也相继出现优质的IC载板企业,比如韩国的三星机电和台湾的欣兴电子、景硕科技等。

第三阶段:21世纪初—至今行业格局奠定之后,行业内主要是技术的演进分化。在此阶段,更高技术水平的MCP(多芯片封装)和SiP(系统封装)用CSP封装基板得到较大发展,这个台湾、韩国占居了PBGA封装基板的大部分市场,日本占据了倒芯片安装的BGA、PGA型封装基板的一半多市场。近年来,由于中国玩家的逐渐入局,IC载板市场格局又开始有所变动。

Development of IC Substrate

IC载板的历史发展过程

• IC载板产业格局

目前全球封装基板企业集中于日韩台地区,日本IC载板龙头包括揖斐电、新光电气和京瓷,三者创立时间远早于其他地区企业,目前日本占据了FCBGA、FCCSP、埋入式基板等高端市场,客户多为三星、苹果和Intel这种行业巨头。韩国和中国台湾的情况比较类似,两者发达的半导体产业催生了巨大的内需(韩国存储产业发达,台湾晶圆代工产业发达),因此均与本地产业链有密切联系。韩国拥有三星电机、信泰、大德和伊诺特等IC载板企业,中国台湾拥有欣兴电子、景硕、日月光材料和南亚等企业,两个地区的载板产品从低端到高端具有所覆盖,客户种类也很全面。

从各厂家生产的产品来看的话,有些厂商生产的IC载板产品种类齐全,而有些厂商专注于生产特定领域的基板。大多数公司生产的都是FCBGA、FCCSP这些主流基板,而有些实力强大的企业还会涉及引线键合基板、COF、COP等,比如欣兴电子和景硕科技等,还有些企业专注于某一种类型基板,比如我国珠海越亚的RF Module基板表现突出。

Major packaging substrate Enterprises

全球主要IC封装基板企业情况

全球排名前十企业产值占比超80%,内资企业不见踪影。根据Prismark数据,2017年全球前十大IC载板企业总产值占比达到83%,行业集中度极高。其中欣兴电子产值占比达到14.8%,全球排名第一,排名前列的还有IBIDEN、三星电机、景硕和南亚等企业,而大陆企业在榜单中难觅踪影。

IC Substrate market pattern

2018年全球IC载板市场格局

从全球IC载板龙头企业的主营业务来看,从PCB业务发展而来的占绝大多数。目前,从全球IC载板企业类型来看,主要可以分为三种:

1)由PCB企业发展而来。由于封装基板是从高阶HDI板发展而来,两者在制造工艺上有共通支出,因此很多PCB厂商能在此基础上延伸发展出IC载板业务。从Prismark统计数据来看的话,目前绝大多数IC载板企业都是由这种方式发展而来,比如我国台湾的欣兴电子(联电下属企业)、南亚和华通电脑等,大陆地区的深南电路和兴森科技也属于这个范畴。

2)由封装厂发展而来。IC载板也属于封装材料的一种,封装厂为了降低成本和吸引客户,也会向上游发展,比较具有代表性的有日月光材料(日月光集团旗下企业)和全懋精密(硅品科技公司投资)等。

3)单纯的IC载板企业。IC载板门槛高,还拥有巨大的发展潜力,因此就有一些大型企业设立了基板子公司,比如隶属于华硕集团的景硕科技和我国的珠海越亚(北大方正集团旗下公司)等。

内资IC载板企业市占率低,奋起直追正当时。中国大陆IC载板市场企业数量不算少,台企占绝大多数,欣兴电子、景硕科技和南亚电路等台企在大陆都有设厂。内资企业涉足IC载板的时间基本上都是2005年之后,在整个IC载板行业属于“后起之秀”。虽然我国封装基板行业起步晚,但是受益于全球PCB产能的中移和中国半导体封测及电子制造业的崛起,行业发展正处于加速阶段,未来发展潜力很大。

• IC载板行业发展前景

全球PCB行业稳定增长,IC载板占比快速提升。Prismark数据显示,2018年全球PCB产值约为623.96亿美元,同比增长6%,2017-2022年全球PCB产值复合增长率约为3.2%,整个PCB行业近年来维持稳定增长。从产品结构来看,多层板占比始终维持在35%以上,仍占据主流地位,近两年增长最为迅速的是IC载板。IC载板在2017年之前的占比比较稳定甚至稍有下降,但是从2017年开始迅速提升,占比从2016年的12.12%提升至2018年的20%,提升了近8个百分点,份额提升的原因包括汽车电子和个人终端等领域需求的提升,但更主要是受内存芯片景气周期的影响。

IC载板占PCB市场份额达到12%,个人设备占比最高。根据Prismark数据,2018年IC下游市场规模占比最高的仍为移动终端和个人电脑,占比分别达到26%、21%。在电子设备持续向更轻、更薄追求的趋势下,单个电子设备(尤其是个人设备)采用的IC载板数量也在持续提升,未来移动终端的IC载板市场规模有望持续提升。

自2016年探底后,全球IC载板市场规模稳定增长。由于IC载板具有半导体属性,所以其受半导体行业景气度影响,具备一定的周期性。IC载板的市场规模从2011年开始下降,一直降低至2016年最低点(65亿美元)后开始逐渐回升,根据ASIACHEM数据,2018年IC载板市场规模达到了约74亿美元,预计2022年将突破100亿美元,5年CAGR近8%,远超全球PCB市场增速。

封装技术不断演进,芯片面积与封装面积比例越来越接近1。随着集成电路的迅速发展,IC封装技术也在不断演进。封装大致发展历程:TO→DIP→PLCC→QFP→PGA→BGA→CSP→MCM,其中较为先进的CSP封装技术可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14,未来芯片面积与封装面积比例肯定会越来越接近1,因此未来封装基板面积的增长将主要来自于芯片面积的增长。

 IC Substrate market size

全球IC载板市场规模(亿美元)

摩尔定律逐渐失效,芯片尺寸提升是大势所趋。在过去的十几年时间里,集成电路内晶体管数量从几千万到几亿,再到如今的近百亿个,芯片的性能每年都突飞猛进。得益于摩尔定律的存在,虽然芯片集中度越来越高,但是芯片的尺寸却越来越小,目前7nm芯片已经进入量产阶段,5nm也开始试产。然而近年来摩尔定律正逐渐失效,芯片制成的提升已经进入瓶颈,未来3nm工艺可能就是现有工艺下的极限。在这种状况下,芯片性能的提升将越来越依赖于芯片体积的提升。

出于对成本的考虑,芯片Die的尺寸不能提升太多,因此CPU性能的提升可以通过堆积Die个数来完成。以AMD最新最高端的CPU-EPYC为例,EPYC采取一个Package封装4个独立Die的做法,从而实现了单CPU拥有64核心128线程的目标。该做法最大的影响是CPU的封装面积明显增大,EPYC尺寸可与成年人巴掌相比,其IC载板面积是普通CPU的4倍还多。因此,随着线程提升瓶颈的出现,消费者对更高性能芯片的需求势必将刺激芯片封装尺寸的增大,而此种趋势将显著提升IC载板的用料,未来IC载板市场的需求将随着芯片尺寸的提升而不断增长。

全球半导体市场规模快速增长,中国已经是全球最大的市场。我国半导体产业逆差持续扩大,国产化刻不容缓。IC载板是半导体产业重要基材,产业转移可类比PCB行业。根据Prismark数据,2000年我国PCB产值全球占比只有8%,而2018年我国PCB产值占比达到了52.4%,产值规模在全球遥遥领先,是全球最大的PCB出产国。受益于全球PCB产能的中移,中国诞生了深南电路、沪电股份等PCB巨头,还诞生了生益科技这种行业上游材料巨头。IC载板可以看做是高端的PCB产品,一旦技术壁垒被内资企业打破,必将复制PCB的产业转移历史。同时,IC载板是先进集成电路封装的重要基材,是中国集成电路国产化的重要一环,其国产化是必然且必须的,我国也必将诞生全球IC载板巨头。

此外,国内晶圆厂扩产带来巨额增量空间,内资IC载板龙头有望充分受益。截止2018年末,我国拥有近50条正在建设或准备建设的晶圆产线,其中大部分为12寸晶圆产线,少部分为8寸产线和化合物半导体产线,其中存储芯片厂更是重中之重。目前我国在建的存储芯片厂建设方主要有三个,分别长江存储、合肥长鑫和紫光集团,总计划产能为50+万平米/月,预计内资存储厂扩产空间就将带来20亿元以上的IC载板增量空间,如果将其余晶圆产线考虑在内,那么单单内资半导体市场的IC载板需求就有极大潜力可挖。

 IC Substrate market size

中国IC载板市场规模(亿美元)

(五)类载板

(1)类载板定义

SLP(substrate-likePCB),中文简称类载板(SLP),是下一代PCB硬板,可将线宽/线距从HDI的40/50微米缩短到20/35微米,即最小线宽/线距将从HDI的40微米缩短到SLP的30微米以内,目前鹏鼎控股SLP已经可以做到25微米。从制程上来看,SLP更接近用于半导体封装的IC载板,但尚未达到IC载板的规格,而其用途仍是搭载各种主被动元器件,因此仍属于PCB的范畴。智能手机用SLP板,同样面积电子元器件承载数量可以达到HDI的两倍。

Comparison of HDI and SLP

智能手机用HDI板和SLP板对比

(2)类载板导入背景

智能手机、平板电脑和可穿戴设备等电子产品向小型化和多功能化方向发展,要搭载的元器件数量大大增多然而留给线路板的空间却越来越有限。在这样的背景下,PCB导线宽度、间距,微孔盘的直径和孔中心距离,以及导体层和绝缘层的厚度都在不断下降,从而使PCB得以在尺寸、重量和体积减轻的情况下,反而能容纳更多的元器件。如同摩尔定律之于半导体一般,高密度也是印制线路板技术持之以恒的追求。

• 极细化线路要求比HDI更高的制程。高密度促使PCB不断细化线路,锡球(BGA)间距不断缩短。

在几年前,0.6mm-0.8mm节距技术已用在了当时的手持设备上,这一代智能手机,由于元件I/O数量和产品小型化,PCB广泛使用了0.4mm节距技术。而这一趋势正向0.3mm发展,事实上业内对用于移动终端的0.3mm间距技术的开发工作早已开始。同时,微孔大小和连接盘直径已分别下降到75mm和200mm。行业的目标是在未来几年内将微孔和盘分别下降到50mm和150mm。0.3mm的间距设计规范要求线宽线距30/30µm,现行的HDI不符合要求,需要更高制程的类载板。

• 类载板更契合SIP封装技术要求。

SIP即系统级封装技术,根据国际半导体路线组织(ITRS)的定义:SIP为将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件,以及诸如MEMS或者光学器件等其他器件优先组装到一起,实现一定功能的单个标准封装件,形成一个系统或者子系统的封装技术。

实现电子整机系统的功能通常有两种途径,一种是SOC,在高度集成的单一芯片上实现电子整机系统;另一种正是SIP,使用成熟的组合或互联技术将CMOS等集成电路和电子元件集成在一个封装体内,通过各功能芯片的并行叠加实现整机功能。

近年来由于半导体制程的提升愈发困难,SOC发展遭遇技术瓶颈,SIP成为电子产业新的技术潮流。苹果公司在iWatch、iPhone6、iPhone7等产品中大量使用了SIP封装,预计iPhone8将会采用更多的SIP解决方案。构成SIP技术的要素是封装载体与组装工艺,对于SIP而言,由于系统级封装内部走线的密度非常高,普通的PCB板难以承载,而类载板更加契合密度要求,适合作为SIP的封装载体。

(3)类载板制造工艺

前面提过目前在印制线路板和载板制造工艺中,主要有减成法、全加成法与半加成法三种工艺技术。具体工艺原理前面有介绍,这里不再详述,其工艺对比如下表所示。SLP虽属于印制线路板,但从制程来看,其线宽/线距为20μm/35μm,无法采用减成法生产,同样需要使用MSAP制程技术。

 

PCB减成法,PCB全加成法(FAP),改良型的半加成法(MSAP)三种制造工艺对比

SLP Technology Roadmap

SLP技术路线图

(4)SLP市场分析

苹果是SLP的市场带动者和引领者。2017年,Apple公司要求组装服务商为手机配备一种新型“电路板”,一种类似载板的PCB(SLP)。因此导致了PCB制造商的技术转移,及对改良半加成工艺(mSAP)的投资需求。紧接着,Samsung公司于2018年初推出的GalaxyS9手机也采用了SLP技术,一些韩国的PCB制造商也进行了类似的高资本投入。此外,华为在P30、Mate30手机上使用SLP技术,成为第三家大量使用SLP的手机厂商。

减小手机用PCB的特征尺寸是为了让智能手机变得更薄功能更强。由于需要增加越来越多的功能,以及配备越来越大的屏幕,功耗就成为了关键点。在智能手机中,电池占据了大部分空间。随着电路板上特征尺寸的减小,需在固定的面积里实现更多的集成。从iPhone5s开始,与智能手机总面积相比,苹果iPhone手机PCB面积占比逐渐减少。直到最新的iPhoneX系列,面积占比已经减少了3%,功能却增加了,电池的容量也增加了。与此同时,iPhoneX不仅采用了SLP,而且还将两个SLP堆叠了起来,以进一步增加在固定面积内的集成。

据战新PCB产业研究所统计,2018年全球类载板(SLP)市场规模达67亿元(接近10亿美元),市场几乎全部来源于苹果。预计2019年全球市场规模将达104亿元,同比增长54.68%,占手机用PCB总市场规模的10.6%。2019年开随着三星、华为等主流企业的手机及其他移动智能终端核心产品SLP采用率的提升,预计至2022年,全球SLP市场规模将达274亿元,占手机用PCB产值比重将上升至26.6%。

 SLP market forecast

2016-2022年全球类载板(SLP)市场规模及预测(亿元)

随着采用SLP的OEM厂商不断增加,手机制造商正计划在智能手表和平板等其他消费电子产品中采用SLP。2018年全球手机出货量中采用SLP技术比重只约为7%,对应产值比重则约为12%。Yole预估至2024年时采用SLP技术手机的出货量比重将会提升至16%,对应产值比重约27%。

(5)SLP主要布局企业

• 载板厂商握有技术优势,关键在于切入意愿。载板的制程高于类载板,对于载板厂商而言,类载板的MSAP制程技术较为熟悉,从载板转产或扩充产能投入类载板不存在技术壁垒,将在产品良率等方面占据优势。然而类载板尚不能达到载板的精细度,应用在手机中其价格会受到限制,导致利润水平不如载板厂商原本的高端产品,同时类载板也存在无法大量普及的风险。因此载板厂商需要仔细权衡转产或扩产的收益与风险,关键不在于技术而在于其切入意愿。潜在的载板厂商参与者包括景硕、斐揖电等。

• HDI厂商更具动力,良率将是关键。与IC载板相比,HDI竞争日益激烈,逐步变为红海市场,利润率下滑。面对类载板带来的契机,HDI厂商一方面可借此获得新增订单,另一方面可实现产品升级,优化产品组合和盈利水平,因而切入意愿更强。由于类载板的制程更高,HDI厂商要投入资金改造或新增制造设备,MSAP制程技术对HDI厂商来说也需要学习时间,从减成法转为MSAP,产品良率将是关键。潜在的参与者包括欣兴、AT&S、华通、南亚等高端HDI厂商。

• 兼具高端HDI和IC载板的厂商,理论上可以在HDI和载板间进行产能的平衡调整,但生产工艺仍有挑战,需权衡产品组合及产能利用率对整体运营效益的影响,如欣兴等。

目前,龙头厂商积极布局,其中景硕在新丰厂生产类载板产品,公司判断需至少20亿新台币的资本支出,且类载板将成为收入增长的主要动力;欣兴正式宣布跨入类载板,调增资本支出,2016年第四季度投入超过15亿新台币、开始设备进货,以增加曝光机及镀金等制程来提升细线化;AT&S投资1390万欧元在重庆建设生产SLP工厂,和上海工厂一起构成公司的SLP生产能力布局;在高阶HDI细线路累积了丰富经验的华通,也已积极布局类载板产线,正在芦竹厂试产类载板;揖斐电也在积极提升SLP良率,但尚无意愿扩大产能。

 Vendor layout SLP

部分厂商布局SLP情况

SLP技术目前由中国台湾、韩国和日本主导。而日本Meiko和臻鼎等公司正向越南和中国大陆扩建SLP生产线。随着技术转移,中国大陆PCB厂也将逐渐掌握SLP技术诀窍。目前在SLP上面投入研发和生产线的,主要包括台资企业鹏鼎控股,台湾华通、韩国三星电机(SamsungElectro-Mechanics)、韩国电路(KoreaCircuit)、韩国DaeduckGDS、韩国ISUPetasys,日本旗胜、日本揖斐电、日本名幸等。