從下游終端市場來看,5G的出現將極大的改變人們的生活方式,實現4K+超高清視頻觀看、在線AR/VR、云辦公、云游戲等全新體驗,5G的出現對各行業都有重要影響,更是會再次點燃通信市場,通信用PCB將會出現巨大增量市場。
▲通信領域各環節所使用的PCB說明
5G建設之:高價
在前文我們所寫的從物理角度上而言5G的傳輸面積僅為4G的1/4,但因為技術的提高,目前5G所需覆蓋4G同區域理論而言為1.1~1.5倍。而其根本的技術改變源自于多方面,其中即包括了結構改變以及材料改變這兩種,而他們也就直接導致了5G用PCB板的價格提升。
結構改變:RRU+天線=AAU,PCB用量提高。從5G宏基站的結構方式來看,5G宏基站的結構方式與4G基站相比發生了巨大變化。
▲5G基站BBU拆分為CU和DU
▲Massive MIMO及RRU合并示意圖
4G基站分為三部分:分別是BBU(基帶處理單元)、RRU(射頻拉遠單元)、天饋系統,RRU和天線之前通過饋線連接。
5G宏基站則將將天線和RRU集合為AAU(有源天線單元),配以CU(集中單元)、DU(分布單元)最終形成5G宏基站架構。AAU射頻板要在很小的空間內集成更多地電子元件,同時需要滿足隔離要求,此時天線和RRU的集成位AAU的過程中就需要采用更多層的PCB板材,由此增加了單個宏基站的PCB使用量。
▲5G宏基站與4G基站PCB價值量測算
根據我們進行的產業鏈調研及測算,在單個4G基站內所使用的PCB板材總量約為0.294平方米,而在5G宏基站內所使用的量根據測算約為0.513平方米。從量級上5G宏基站所使用的PCB將會是4G基站所使用的不到一倍。
5G基站用PCB要求之高直接致使PCB價格上漲。由于5G建設使用的是高頻高速等高性能PCB板,較之4G所使用材料來說在價值量上有大幅提升。高端PCB板材與低端板材價值量差異巨大,僅僅考慮原材料之一的覆銅板而言,低端基材與高端之間都有數倍的差異。
▲天線陣列演化需要使用更多高頻材料
▲不同種類覆銅板價格差異
此外,5G大規模使用MIMO技術以實現海量信號的高效傳輸,4G基站天線陣列單元通常小于等于8個,由于5G大規模使用MIMO技術,天線陣列單元普遍達到了64/128個左右,天線單元之間也是通過高頻PCB進行集合,由此產生疊加增量空間。
▲5G天線陣子集成
從信道帶寬來看,5G信道的增寬也使得基站所用的單片PCB面積有所擴大,進一步增加了5G基站的PCB使用面積。
5G建設之:高壁壘
國內PCB行業集中度不高,往期市場紅利都是由眾多廠商共同分享,但此次的5G建設帶來的市場紅利卻只會由龍頭廠商獨享。5G時代不同于4G,在5G時代中,使用“高頻+低頻”的組合頻道模式,具有“連續廣域覆蓋”、“高容量”“低延時”等特點,由于高頻頻率的引入,5G建設所使用的板材必須是高端的高頻高速PCB板,生產具有較大的技術壁壘,僅有少部分龍頭廠商具備規模化生產能力。
PCB板材中,介電常數Dk、介質損耗Df、導體表面粗糙程度對板材性能影響重大,高頻高速PCB板必須保證以下三點:
1. 實現高速傳輸必須保證較低的介電常數;
2. 高頻信號的傳輸具有較高的損耗,因此必須保證介質損耗處于低位;
3. 導體表面的粗糙程度會對信號的傳輸會產生趨膚相應,趨膚效應越強,信號傳輸影響越大。
因此,高頻高速板材須使得導體表面較為光滑。
▲介質損耗與速率反相關(左)、以及趨膚深度與頻率(右)
▲趨膚效應示例
除此之外,要使得PCB板更好傳輸高頻信號,對熱膨脹系數、吸水性、耐熱性、抗化學性等物理性能也有較高要求。
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