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新闻中心

它作为性能良好的导电体在PCB中PVDF


更新时间:2020-11-21 5:41:14

  6月6日工信部向中国移动、中国电信、中国联通和中国广电4家发放5G正式商用牌照。

  工信部跳过预商用牌照直接发放5G正式商用牌照,较此前市场预期提前了半年左右。

  中国成为继韩国、美国、瑞士、英国之后,第五个宣布5G商用的国家,跻身5G梯队!

  5G的数据量更大、发射频率更大、工作的频段也更高,基站的建设将有别于4G基站。

  从5G的建设需求来看,5G将会采取“宏站+小站”组网覆盖的模式,历次基站的升级,都会带来一轮原有基站改造和新基站建设潮。

  根据赛迪顾问发布的《2018年中国5G产业与应用发展白皮书》,预计5G宏站增量将达到360-500万个,小基站数量将达到720-1000万个,合计基站总数量将是4G基站的3.3-4.6倍,奠定了海量增长空间。

  5G基站的海量增长,将同步带动PCB、天线振子及滤波器等元器件应用的大幅增长。

  移动通信基站的天线阵列演化将带来高频材料需求大幅增加(资料来源:中国联通网络技术研究院,安信证券研究中心)

  根据主流的方案,5G基站将采用大规模天线关键技术(Massive MIMO),原本4G基站的天馈系统和RRU(射频拉远单元)合并,形成全新部分AAU(有源天线)。

  AAU集成了RRU和传统天线的功能,数字接口独立控制每个天线振子,构成主动式天线阵列。

  每两个天线对应一个天线振子,对应的天线G的天线个天线G有源天线的结构图:天线振子将集成在一张PCB板上。(资料来源:CNKI,安信证券研究中心)

  在5G基站中,印刷电路板(Printed Circuit Board,简称PCB)作为基础的连接装置将被广泛使用。

  PCB是指在基材上按照预先设计好的形成点之间连接和印刷元件的基板。PCB的功能是让电子元器件按照预定电路连接(就是关键互连件)。

  首先5G基站的天线阵子需要使用PCB作为连接;其次5G基站的滤波器等元器件将大幅增加,需要使用一块单独的PCB来连接这些元器件;后5G基站的CU/DU等部分也需要使用PCB。

  5G建设初期,对于PCB的需求增量直接体现在无线网和传输网上,对PCB背板、高频板、高速多层板的需求较大。

  目前PCB产业界广泛应用的基板材料是玻纤布增强的环氧型基材FR-4(环氧树脂玻纤布覆铜板),该材料是由一层或者多层浸渍过环氧树脂的玻璃纤维布构成。

  因为它成本较低,且电气和机械性能适于多方面的需求,所以是应用广的一类基板材料。但是FR-4的介电常数()高达4.2~4.8以上,介质损失因子(tan)大于0.0015,难以满足高频应用的需求。

  PCB上游原材料主要包括铜箔、玻璃纤维布、以及PTFE在内的特殊树脂和陶瓷等其他化工材料。

  原材料中,铜箔是主要的组成部分,约占覆铜板成本的30%-50%(取决于覆铜板的薄厚),它作为性能良好的导电体在PCB中起到导电和散热的作用。

  此外,玻璃纤维布和特殊树脂也是重要的原材料,玻璃纤维布作为增强材料,起着绝缘和增加强度的作用;特殊树脂作为填充材料,起着粘合和提升板材性能的作用。

  其中,PCB上游的特殊树脂领域目前国际的商还是以海外商为主,包括日本的三菱瓦斯、Panasonic、日立化成,美国的罗杰斯、伊索拉、泰康利,以及中国台湾的联茂、台光等。

  PCB各产业环节供应商。(资料来源:覆铜板资讯,印刷电路信息,各公告,华创证券)

  为了满足高频高速PCB产品的可靠性、复杂性、电性能和装配性能等诸多方面的要求,许多PCB基板材料的商对特殊树脂进行了不同的改进。

  在目前高速高频化的趋势下,较为主流的PCB材料包括聚四氟乙烯树脂(PTFE)、环氧树脂(EP)、双马来酰亚胺三嗪树脂(BT)、热固性氰酸脂树脂(CE)、热固性聚苯醚树脂(PPE)和聚酰亚胺树脂(PI),由此衍生出的覆铜板种类超过130种。

  对于基站PCB而言,为重要的指标是介电特性、信号传输速度和耐热性,前两点上PTFE基板都具有较好的性能。

  它是目前为止发现的介电性能的有机材料,优异的介电性能有利于信号完整快速地传输,这角度而言PTFE是5G时代基站PCB板的优选树脂材料。

  根据国内PCB龙头企业深南电路的招股说明书中的采购数据,可以知道PTFE板材在2017年的市场价格为600元(人民币:下同)/m2。

  假设其价格不变,五年之后也即2023年5G基站能全部建设完毕,可以推知单基站PTFE的价值为1875元,届时中国基站用PTFE需求空间为89.06亿元,全球基站用PTFE需求空间预期为127.23亿元。

  目前生产PTFE的企业主要有科慕、大金氟化工、阿科玛、3M、德清科赛、浙江巨化集团等企业。

  天线振子是天线的核心部件。天线振子作为天线的主要组成部分,主要负责将信号放大和控制信号辐射方向,同样可以使天线接收到的电磁信号更强。

  根据天线的形态,天线振子形态也包括多种多样,有杆状、面状等;根据加工工艺,主要有钣金、PCB、塑料等。传统4G天线振子多以金属钣金为主。

  从5G设商测试情况来看,在热点高容量地区优先选择64通道的天线振子天线振子在覆盖能力上能提升1.7dB,目前设商测试64通道天线个双极化天线个天线振子。

  一个基站需要三面天线,假设未来单面天线振子,对应需要一个基站需要3*192=576个振子。

  天线振子加工方式主要有金属压铸/钣金、PCB贴片和塑料振子,4G时代更多以金属压铸/钣金方式加工,组装更多的靠人工,效率低下。

  5G时代由于频段更高且采用Massive-MIMO技术,天线振子尺寸变小且数量大幅增长,综合考虑天线性能及AAU安装问题,塑料天线振子方案具有一定的综合优势。

  为了应对5G新型天线的变化,市场上出现了全新的工艺3D选择性电镀塑料振子方案,其中代表企业为飞荣达。

  所谓的塑料天线振子即采用内含有机金属复合物的改性塑料材料,用注塑成型的方式将复杂的3D立体形状一次性制造出来,再利用特殊技术使塑料表面金属化。

  塑料振子在保证天线G电器性能的同时,产品重量大大减轻,减少了危险过程工序,也节约了成本。

  3D塑料振子的制造工艺一般指注塑工艺+激光工艺,其中激光工艺指在新型的塑料件上用激光直接

  电路板的技术。激光工艺中又分为选择性电镀和LDS两种工艺。LDS激光工艺适用于小型电子器件,目前广泛的应用是手机天线和各类智能终端。

  而选择性电镀激光工艺适用于较大型的设,包括宏基站天线D塑料振子方案的分类图解(资料来源:安信证券研究中心整理)

  3D塑料振子除了重量非常轻,还能满足钣金和压铸工艺所不能实现的精度要求。注塑和选择性电镀都是精度非常高的工艺,将它们结合在一起,可以保证天线G以上的高频场景要求。

  通达集团也于今年1月初发布公告称,通达集团已就应用于5G主流大规模多输入多输出天线(Massive MIMO)完成对雷射直接成型(LDS)、塑胶电镀(POP)的基站天线、天线罩:

  由于5G天线遵循MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)概念,意思是多输入多输出,这意味着一个基站内可安装多个天线,而这些天线的尺寸又很小,需要天线罩的保护。

  天线罩要具有良好的电磁波穿透特性,机械性能上要能经受外部恶劣环境的侵蚀如暴风雨、冰雪、沙尘以及太阳辐射等。在材料要求方面,要求在工作频率下的介电常数和损耗角正切要低,及要有足够的机械强度。

  一般而言,充气天线罩常用涂有海帕龙橡胶或氯丁橡胶的聚酯纤维薄膜;刚性天线罩用玻璃纤维增强塑料;夹层结构中的夹心多用蜂窝状芯子或泡沫塑料。

  而在5G趋势下,性能优越的复合材料成为受欢迎的天线外罩材料。复合材料能起到绝缘防腐、防雷、抗干扰、经久耐用等作用,而且透波效果非常好。

  透波复合材料由增强纤维和树脂基体构成,通常,增强材料的力学性能和介电特性均优于树脂基体,故此复合材料的透波性能主要取决于树脂基体的性能。

  因此,选择具有优良电性能的树脂基体至关重要,同时树脂在复合材料中也起胶粘剂的作用,是决定复合材料耐热性的基本成分。

  树脂基体主要选择包括:传统的不饱和聚酯树脂(UP)、环氧树脂(EP)、改性酚醛树脂(PF)以及近年来开始研究和应用的氰酸酯树脂(CE)、有机硅树脂、双马来酰亚胺树脂(BMI)、聚酰亚胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)等新型耐高温树脂。
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