PCB(印制電路板)主要按層數(shù)、基材材質(zhì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和通孔類型等維度進行分類,其中層數(shù)分類是最常見的劃分方式,包括單面板、雙面板和多層板。
印刷電路板(PCB)是現(xiàn)代電子設備的核心,幾乎無處不在,從智能手機到工業(yè)機械。盡管它們無處不在,但并非所有PCB都是一樣的。PCB有多種類型,每種類型都設計用于滿足特定的應用需求。本文將探討各種PCB板類型、它們的特性和應用。
?按層數(shù)分類?
?單面板?:導線僅分布在基板的一側(cè),另一側(cè)集中元件。因布線無法交叉,設計受限,多用于早期簡單電路或低成本產(chǎn)品。?????雙面板?:兩面均有布線,通過導孔(via)實現(xiàn)層間連接,適用于中等復雜電路,如手機充電器、路由器等。??
?多層板?:由多層導電圖形與絕緣材料壓合而成,常見4-8層,高端設備(如服務器、5G基站)可達幾十層。內(nèi)層多為電源或接地層,提升布線密度。??
?按基材材質(zhì)分類?
?剛性板?:如環(huán)氧玻璃布層壓板,機械強度高,廣泛用于固定設備。??
?撓性板(FPC)?:采用聚酰亞胺等柔性材料,可彎曲,適用于移動設備內(nèi)部連接。????
?剛撓結(jié)合板?:兼具剛性與柔性區(qū)域,用于需局部彎折的復雜場景。????
?按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分類?
?高頻板?:用于射頻信號傳輸,材料需低介電損耗。????
?金屬基板?:如鋁基板,散熱性能優(yōu)異,多用于LED照明。????
單面板單面板是最基本的印制電路板,零件集中在其中一面,導線則集中在另一面上。因為導線只出現(xiàn)在其中一面,所以稱為單面板,主要應用于較為早期的電路和簡單的電子產(chǎn)品。雙面板雙面板是在雙面覆銅板的正反兩面印刷導電圖形的印制電路板,由于兩面都有導電圖形,一般采用金屬化孔使兩面的導電圖形相互連通,此類PCB可以通過金屬孔使布線繞到另一面而相互交錯,因此可以用到較復雜的電路上。多層板多層板是具有3層或更多層導電圖形的印制電路板,內(nèi)層是由導電圖形與絕緣半固化片疊合壓制而成,外層為銅箔,經(jīng)壓制成為一個整體。為了將夾在絕緣基板中間的印刷導線引出,多層板上的導孔需經(jīng)金屬化孔處理,使之與夾在絕緣基板中的印刷導線連接。多層板導電圖形的制作以感光法為主,層數(shù)通常為偶數(shù),并且包含最外側(cè)的兩層。
新型多層板隨著電子產(chǎn)品的輕、薄、短、小化發(fā)展日益明顯,多層板也逐漸向高層化、高精度、高密度等方向發(fā)展,并且出現(xiàn)了各種特殊的新型多層板,如HDI板、IC封裝基板等。HDI板是高密度互連(High Density Interconnect)印制電路板的簡稱,也稱微孔板或積層板。HDI是印制電路板技術(shù)的一種,可實現(xiàn)高密度布線,常用于制作高精密度電路板。HDI板一般采用積層法制造,采用激光打孔技術(shù)對積層進行打孔導通,使整塊印制電路板形成了以埋、盲孔為主要導通方式的層間連接。相較于傳統(tǒng)多層印制板,HDI板可實現(xiàn)印制電路板高密度化、精細導線化、微小孔徑化等特性。HDI板主要用于高密度需求的消費電子、汽車電子等領(lǐng)域,例如手機、筆記本電腦、自動駕駛傳感器等,其中智能手機為HDI板的最大應用領(lǐng)域。目前通信產(chǎn)品、網(wǎng)絡產(chǎn)品、服務器產(chǎn)品、汽車產(chǎn)品甚至航空航天產(chǎn)品都有用到HDI技術(shù)。封裝基板指IC(Integrated Circuit,集成電路)封裝載板,直接用于搭載芯片,可為芯片提供電連接、保護、支撐、散熱、組裝等功效,以實現(xiàn)多引腳化,達到縮小封裝產(chǎn)品體積、改善電性能及散熱性、超高密度或多芯片模塊化的目的。封裝基板屬于交叉學科的技術(shù),涉及電子、物理、化工等知識。封裝基板用于半導體芯片封裝,存儲用的存儲芯片、傳感用的微機電系統(tǒng)、射頻識別用的射頻模塊、處理器芯片等器件也均要使用封裝基板。
剛性板剛性板由不易彎曲、具有一定強韌度的剛性基材制成,具有抗彎能力,可以為附著其上的電子元件提供一定的支撐。剛性基材包括玻纖布基板、紙基板、復合基板、陶瓷基板、金屬基板、熱塑性基板等。剛性板廣泛應用于計算機及網(wǎng)絡設備、通信設備、工業(yè)控制、消費電子和汽車電子等行業(yè)。
撓性板撓性板指用柔性的絕緣基材制成的印制電路板。撓性板可以自由彎曲、卷繞、折疊,可依照空間布局要求任意安排,并在三維空間任意移動和伸縮,從而達到元器件裝配和導線連接一體化。撓性板廣泛用于智能手機、筆記本電腦、平板電腦及其他便攜式電子設備等領(lǐng)域。
剛撓結(jié)合板剛撓結(jié)合板指在一塊印制電路板上包含一個或多個剛性區(qū)和撓性區(qū),將薄層狀的撓性印制電路板底層和剛性印制電路板底層結(jié)合層壓而成。剛撓結(jié)合板的優(yōu)點是既可以提供剛性板的支撐作用,又具有撓性板的彎曲特性,能夠滿足三維組裝需求。剛撓結(jié)合板廣泛應用于先進醫(yī)療電子設備、便攜攝像機和折疊式計算機設備等領(lǐng)域。
厚銅板
厚銅板是指任何一層銅厚為3oz及以上的印制電路板。厚銅板可以承載大電流和高電壓,同時具有良好的散熱性能,厚銅板由于線路銅厚較厚,對壓合層間粘結(jié)劑填膠、鉆孔、電鍍等工藝要求很高。厚銅板廣泛用于工業(yè)電源、醫(yī)療設備電源、軍工電源、發(fā)動機設備等。高頻板高頻板(High-frequency PCB)又可稱為高頻通訊電路板、射頻電路板等,是指使用特殊的低介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗材料生產(chǎn)出來的印制電路板,具有較高的電磁頻率。高頻板對信號完整性要求較高,材料加工難度較大,具體體現(xiàn)在對圖形精度、層間對準度和阻抗控制方面要求更為嚴格,因而價格較高。高頻板主要用于通信基站、微波通信、衛(wèi)星通信和雷達等領(lǐng)域。高速板高速板是由低介質(zhì)損耗的高速材料壓制而成的印制電路板,主要承擔芯片組間與芯片組與外設間高速電路信號的數(shù)據(jù)傳輸、處理與計算,以實現(xiàn)芯片的運算及信號處理功能。高速板對精細線路加工及特性阻抗控制技術(shù)及插入損耗控制要求較高。主要用于通信和服務器、存儲器、交換機等領(lǐng)域。
金屬基板金屬基板是由金屬基材、絕緣介質(zhì)層和電路層三部分構(gòu)成的復合印制電路板。金屬基板具有散熱性好、機械加工性能佳等特點,主要應用于發(fā)熱量較大的電子系統(tǒng)中,例如LED液晶顯示、LED照明燈、車燈等。其他產(chǎn)品結(jié)構(gòu)除厚銅板、高頻板、高速板、金屬基板以外還有碳膜印制板、表面安裝印制板等其他產(chǎn)品結(jié)構(gòu)印制電路板。
?HDI板?:高密度互連技術(shù),采用激光微孔,適用于智能手機等微型化設備。????
PCB 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平一定程度上反映一個國家或地區(qū)電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度與技術(shù)水準。目前,PCB 應用領(lǐng)域已經(jīng)覆蓋幾乎全部電子類產(chǎn)品,涉及消費電子、新能源汽車、通信設備、工業(yè)控制、醫(yī)療等多個行業(yè),市場需求十分旺盛。PCB 行業(yè)是全球電子元件細分產(chǎn)業(yè)中最重要的產(chǎn)業(yè)之一,按板材的材質(zhì)可以分為柔性線路板(FPC)、剛性線路板和剛?cè)峤Y(jié)合線路板,具體分類情況和市場前景如下:
(1)PCB 的種類及用途
隨著 PCB 應用的拓展和技術(shù)的革新,PCB 生產(chǎn)工藝自問世以來得到了大幅提升,衍生出了多個品種,主要包括:
柔性線路板(FPC)
由柔性基材制成的印刷線路板,基材由金屬箔、膠黏劑和基膜三種組成,具有輕、薄、可彎曲等特點。
剛性線路板
單面板:僅在線路板一面布置導線,所有電子元器件集中在一面,是最基本的 PCB 種類,早期電子產(chǎn)品應用較多。
雙面板:在雙面布置導線,電子元器件可以按需布置在兩面。
普通多層板:有三層以上的導電圖形層,期間以絕緣材料層相隔,經(jīng)層壓結(jié)合形成的線路板,其層間的導電圖形按要求互連。
高層板:高層板一般層數(shù)大于 18 層,厚度小于 100mil,最小線寬 / 最小走線安全間距為0.075mm/0.075mm,縱橫比大于 12:1。PCB 層數(shù)越多,越有利于實現(xiàn)信號的快速傳輸,提高數(shù)據(jù)處理性能。
HDI/ELIC板:High Density Interconnect,即高密度互連板,指具有高精密度的線路板,可實現(xiàn)高密度布線。相較于傳統(tǒng)多層板,HDI 板可大幅度提高板件布線密度,實現(xiàn)印刷板產(chǎn)品的高密度化、小型化、功能化發(fā)展;對于高階通訊類產(chǎn)品,HDI 技術(shù)能夠幫助產(chǎn)品提升信號完整性,有利于嚴格的阻抗控制,提升產(chǎn)品性能。ELIC 即Every Layer Interconnection,任一層互聯(lián)技術(shù),是 HDI 板中的高端產(chǎn)品。
剛?cè)峤Y(jié)合線路板
剛性板和撓性板的結(jié)合,既可以提供剛性板的支撐作用,又具有撓性板的彎曲特性,可以用于一些有特殊要求的產(chǎn)品之中,對節(jié)省產(chǎn)品內(nèi)部空間,減少成品體積,提高產(chǎn)品性能有很大的幫助。
(2)PCB 市場前景
①PCB 行業(yè)整體市場前景
全球 PCB 下游應用市場分布廣泛,主要包括消費電子、新能源汽車、通信設備、工業(yè)控制、醫(yī)療等領(lǐng)域。隨著研發(fā)的深入和技術(shù)的不斷升級,PCB 產(chǎn)品逐步向高密度、小孔徑、大容量、輕薄化的方向發(fā)展。與此同時,新能源汽車、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、可穿戴設備、5G 通信等領(lǐng)域的發(fā)展給 PCB 行業(yè)帶來了新一輪的發(fā)展周期。
根據(jù)研究機構(gòu) Prismark 2024 年 2 月統(tǒng)計數(shù)據(jù),2022 年全球 PCB產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達 817.4 億美元,2023 年和 2028 年全球 PCB 產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值預計分別為695.17 億美元和 904.13 億美元,年復合增長率為 5.4%。
A、智能手機功能創(chuàng)新為 FPC 帶來增量需求
隨著智能手機的創(chuàng)新發(fā)展,OLED 屏、面部識別、多攝像頭、無線充電、折疊屏等功能和配置的增加以及技術(shù)的迭代,手機中元器件數(shù)量增加,電池容量亦不斷擴大,手機內(nèi)部空間趨于緊張,因而對輕薄、體積小、導線線路密度高的FPC 需求日益提升。以 iPhone 為例,根據(jù)開源證券 2023 年 3 月出具的報告數(shù)據(jù)顯示,2016 年推出的 iPhone7 中 FPC 用量為 14-16 塊,而 2020 年推出的 iPhone12中 FPC 用量達到了 30 塊。
此外,安卓系高端機型也在逐步提高單機 FPC 用量。未來,手機功能創(chuàng)新和集成度的提升驅(qū)動單機 FPC 用量快速增加,且對更精細化 FPC 產(chǎn)品需求提升。在此過程中,行業(yè)頭部 FPC 廠商積極進行資本投入,市場競爭力快速提升,有望獲取更多的市場份額。
B、消費電子創(chuàng)新產(chǎn)品的快速發(fā)展催生 FPC 需求進一步發(fā)展
近幾年,消費電子市場推陳出新,AR/VR、可穿戴設備、折疊屏手機等新興市場需求快速增長,催生 FPC 市場需求進一步增長。在 AR/VR 領(lǐng)域,隨著芯片、顯示技術(shù)、通訊手段的不斷進步以及元宇宙的催化,AR/VR 行業(yè)進入快速成長期。
根據(jù) IDC 數(shù)據(jù),2026 年全球 AR/VR 出貨量有望達到 0.35 億臺。在可穿戴設備領(lǐng)域,由于產(chǎn)品需要承載更多的元器件以實現(xiàn)更多的功能,同時又需具備輕量化和集成化特點,因此對線路密度要求進一步提高,這將使單機 FPC 使用比例會越來越高。同時,在折疊屏手機領(lǐng)域,雙屏幕、雙主板、多攝像頭等結(jié)構(gòu)的應用進一步提升了 FPC 用量。中信證券研究所預計 2026 年用于 AR/VR 和折疊屏手機的 FPC 市場規(guī)模將達到 21 億美元。
C、新能源汽車市場快速發(fā)展,帶動上游新能源汽車用 FPC 需求快速發(fā)展
FPC 具備配線密度高、重量輕、厚度薄、可折疊彎曲、三維布線、安全性等優(yōu)良特性,在新能源汽車上,可應用于汽車自動駕駛、娛樂系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)以及傳感器等裝置。在國內(nèi)外主流車企紛紛加大新能源汽車戰(zhàn)略布局背景下,新能源汽車產(chǎn)業(yè)進入了市場驅(qū)動的高速成長期,帶動上游新能源汽車用 FPC 需求快速發(fā)展。2021 年度,全國汽車產(chǎn)銷分別完成 2,608 萬輛和 2,628 萬輛,同比分別增長3.38%和 1.98%,當年新能源汽車銷量超過 350 萬輛,市場占有率提升至 13.4%。
2022 年度,全國汽車產(chǎn)銷分別完成 2,702 萬輛和 2,686 萬輛,同比分別增長 3.6%和 2.2%,延續(xù)了上一年的增長態(tài)勢。新能源汽車持續(xù)爆發(fā)式增長,全年銷量超680 萬輛,市場占有率提升至 25.6%,迎來新的發(fā)展增長階段。
2023 年度,全國汽車產(chǎn)銷分別為 3,016 萬輛和 3,009 萬輛,同比分別增長 11.6%和 12%,產(chǎn)銷量創(chuàng)歷史新高,實現(xiàn)兩位數(shù)較高增長。新能源汽車繼續(xù)保持快速增長,產(chǎn)銷突破900 萬輛,市場占有率超過 30%,成為引領(lǐng)全球汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要力量。2024年 4 月以來,我國新能源汽車銷售滲透率超過 50%,帶動我國汽車產(chǎn)業(yè)成為國民支柱性產(chǎn)業(yè)。
FPC 由于具備配線密度高、重量輕、厚度薄、可折疊彎曲、三維布線、安全性等其他類型線路板無法比擬的優(yōu)勢,更符合下游行業(yè)中電子產(chǎn)品輕量化、智能化、集成化發(fā)展趨勢,更加適合新能源汽車。一方面,隨著汽車向著電動化、智能化發(fā)展,汽車電子占整車成本的比重逐步提升,根據(jù)賽迪智庫電子信息研究所數(shù)據(jù),該比重預計 2030 年將達到 50%。
隨著電子化水平的提升,汽車自動駕駛、娛樂系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)以及傳感器等裝置對電子元器件的需求量擴大,對連接電子元器件所需的線路載體的數(shù)量相應增加,車用 FPC 需求將進一步增長。據(jù) iFixit數(shù)據(jù),預計新能源車單車 FPC 用量將超過 100 片以上,其中電池電壓監(jiān)測 FPC用量可高達 70 片。
另一方面,早期新能源汽車動力電池以傳統(tǒng)線束為主,而傳統(tǒng)線束較為笨重、連接方式復雜,無法順應新能源汽車電子元器件數(shù)量持續(xù)增加的發(fā)展趨勢,而車用 FPC 憑借其輕量化、結(jié)構(gòu)簡單、線路連接方便等優(yōu)勢,在新能源汽車中得到廣泛應用,目前 FPC 連接方案已成為新能源汽車動力電池中的主要方案,并向CCS(Cells Contact System)集成化方向發(fā)展。
CCS 由 FPC、塑膠結(jié)構(gòu)件、銅鋁排等組成,F(xiàn)PC 通過與銅鋁排、塑膠結(jié)構(gòu)件連接構(gòu)成電氣連接與信號檢測結(jié)構(gòu)部件,定制化屬性更強,安裝較為簡易,可直接放置在電池包上,更適合動力電池自動化生產(chǎn),其單車價值也更高。