4G基站PCB總價值約5492元,世界4G基站的PCB市場空間約500-90億元/年,相當于CCL 1020億元/年,基站PCB值約15104元/站,高峰年份5G基站的PCB需求量約2100億元/年,相當于CCL市場空間約80億元。
移動通信信息是以電磁波為媒介傳輸的,基站的主要功能和功能是接收和傳輸無線信號,將無線信號轉換成易于傳輸的光/電信號,實現不同終端之間的信息傳輸,區分不同頻率的信號。
3G、4G和5G基站的基本原理是相似的,但在具體設計上存在一些差異。4G基站設備主要由三部分組成:基帶處理單元(BBU)、遠程射頻處理單元(RRU)和天線系統。目前,在4G通信基站中,天線系統和RU應采用高頻PCB;高速PCB,BU主要采用高速PCB。
基帶處理單元BBU:完成信道編解碼、基帶信號調制解調、協議處理等功能,同時提供上層網絡單元的功能。
處理單元RRU:是天線系統和基帶處理單元之間的中間橋:當接收到信號時,RRU通過濾波、低噪聲放大并將其轉換為光信號,并將其轉換為光信號;當它將信號發送給BBU時,RRU將來自BBU的光信號轉換為射頻信號并通過天線放大發送。
天線系統:主要進行信號接收和傳輸,是基站設備與終端用戶之間的信息能量轉換器。
從4G到5G,基站結構和基本材料的吸引力沒有本質的變化,只是劑量和參數的大幅度提升,因此研究4G基站結構和高頻PCB的應用對5G有一定的借鑒意義。
天線作為能量轉換、定向輻射和接收的設備,是整個基站運行的核心,它主要由輻射單元、饋電網絡、反射器、封裝平臺和天線控制器(RCU)五個核心部件(4G基站天線)組成。
4G基站使用的PCB主要分為天線系統RRU和BBU,根據一根BBU拖曳三對天線和三對RRU,天線系統PCB的總面積約為0.684平方米,天線系統PCB的總面積約為0.3米,總面積為0.984平方米。
根據產業調研信息,4G天線和RRU PCB均價約為2500元/平米。則單基站RRU和天線部分,ASP約為2500元。BBU部分,尺寸約為440X86X310mm
BBU單板的數量在3~6之間,每個單板通過接口連接到背板上,BBU中BBU單板的槽分布和單板配置原理如下:GTMU占5和6通道,是主要控制傳輸單元,其余的插板可以安裝TDL基板和主控板,基板可以實現接口功能,接收到的CPRI數據可以轉發給其他單板。
主控制板、星卡板、基帶處理板和基帶射頻接口板的總面積約為0.3平方米,電源板約0.03平方米,浪涌板約0.008平方米,單站總價值約992元。
對于CCL,在4G基站,天線和功率放大器所需的高頻CCL小于5G,一般采用碳氫化合物或聚四氟乙烯材料,它們大多與普通的FR4一起壓制。高速CCL主要用于BBU等其它領域,其材料可以用FR4進行改性。總的來說,高頻高速CCL占基站PCB值的20%左右,相當于一年的全球市場空間約為1020億元。
截至2019年1月,GSA已在83個國家擁有201家運營商,其中包括5G的商業測試、商業前期和商業運營。特別是在美國、韓國、日本、英國、中國和其他地區,它們是第一個開展5G商業建設的國家,它們將在2019-2020年實現5G商業網絡建設。
中國三大運營商已經在五個主要城市啟動了5G商用測試,中國移動計劃在2019年安裝1000臺5G基站,隨后在2020年在全國范圍內進行商業測試。
技術上,其他廠商積極加入5G基帶芯片和終端的研發,以促進5G產業鏈的成熟。
在芯片方面,高通(Qualcomm)和三星(Samsung)在2018年年底發布了5G商業芯片。Mediak也將在2019年推出自己的5G基帶芯片。
移動終端的成熟期相對較長。基于7-10 nm工藝的5G手機和獨立基帶芯片有望在2099年上市。基于SOC多模芯片平臺的5G手機有望在2020年下半年商業化。未來,隨著終端的研發,采用最新射頻前端技術的產品,如小型可穿戴5G終端和全頻段5G移動電話,有望在2021年成熟。
為了快速推出和順利開發,3 GPP定義了幾個架構選項。在R15版本中,方案3(NSA)于2018年3月完成,方案2(SA)于6月完成,R15擴展內容(如場景4、5和7)計劃其他選項。
然而,選擇的安排會導致更高的成本、互操作性風險、碎片化和設備復雜性。到目前為止,選項3和2一直是運營商選擇的主要方向。
基站系統是無線接入網的重要組成部分,包括射頻和基帶功能(物理層、第二層(MAC、RLC、PDCP等子層)和第三層(如RRC)。
與4G相比,5G接入網體系結構的變化之一是支持DU(分布式單元)和CU(集中單元)的功能劃分:CU/DU聯合方案、CU/DU分離方案。
1.CU/DU方案類似于4G中的BBU設備,它同時實現了CU和DU在單個物理實體中的邏輯功能,并基于電信的特殊結構在其他專用芯片上實現。考慮到4GBBU主要采用主控板和基帶處理板相結合的方式,5GBBU也可以采用CUB+DU板的結構,以保證后續擴展的靈活性和新功能。該方案具有可靠性高、體積小、功耗小、環境適應性好和對機房匹配條件要求低等優點。
2.CU/DU分離方案分為兩類:獨立DU設備和獨立CU設備。根據3 GPP的標準體系結構,DU負責完成RLC/MAC/PHY等高實時性要求的協議棧處理功能,而CU負責完成PDCP/RRC/SDAP等低實時性要求的協議棧處理功能。
與4G基站不同,為了滿足提高移動寬帶(eMBB)、大規模物聯網(mMTC)和低延遲高可靠物聯網(uRLLC)的三大要求,提高資源利用率,在5G時代,基站結構發生了一定的變化:
BBU被分為CU(Centreunit控制單元)和DU(Distributedunit分布單元),高層次協議處理(PDCP/RRC)被分離為一個獨立的邏輯單元,由CU處理,底層協議處理(MAC/PHY)仍在現場處理,這種架構有利于實現多連接、高頻和低頻協作、簡化交換過程和開放平臺。然而,CU的部署位置與業務延遲的要求(越遠離DU越時延)相矛盾,操作和維護也比較復雜。
天線和RRU集成在AAU中,完成信號收發、縮放、濾波、光電轉換等功能。
關于5G宏基站和室內分站的PCB市場空間計算,假定:
1.每個宏站包含3個AAU和1個BBU(CU&DU)。
2.AAU包括天線系統(振子&饋電網絡)、收發信機單元(;/;PA;LNA;Filter等器件),其中振蕩器(自身含PCB材質)集成在PCB(含饋電網絡)上。收發信機單元的區域主要由PA和TRX組成,其中PAboard集成在TRX板上。
3.天線底板尺寸約為0.4×0.75m,采用高頻材料如Roge 4730(陶瓷碳氫材料,熱固性),2≤4層壓板,部分采用6層板,單價接近10000元/平方米,雙面板可低至3300元/平方米。在這個計算中,平均價格是7300元/平方米(按3300占40%,10000占60%計算)。天線振蕩器的尺寸約為28×28 mm,天線振子的數目為64。M4高速材料一般可使用,單價約2000元/平方米。
4.TRX層數為10×20層,一般為松下M4等高速材料,尺寸約為0.4≤,單價約為4000元/平方米。
5.聚碳酸酯板集成在TRX上,有四塊,每個尺寸約0.15×0.18m,陶瓷基板高頻CCL雙面板(如Rogers4350),單價約為2300元/平方米。
6.BBU與4G的尺寸無顯著性差異,共3~5塊板,尺寸為0.48±0.3m,20±30層合板,9000元/平方米,松下M4M6M7等高速基板。
5G宏基站的PCB值約為15104元/站,室內分站的PCB值約為宏站的30%和40%左右,5G宏基站的PCB值約為5286元/站,5G宏基站的PCB值是4G的3.2倍(4692元),推廣空間較大。
考慮到5G建設的進展,假定2018年至2022年期間宏觀基站和室內分站的布局節奏,5G基站建設在一年內可為PCB帶來增量的市場空間(假設單站PCB&CCL價值量每年下降6%)。
可以看出,在2022年/2023年的高峰期,5G基站建設所帶來的單年PCB需求約為2100億至240億元(其中中國大陸約占50%-60%),幾乎是4G時代80億元的三倍。
對應的CCL(大部分均為高頻高速CCL)市場空間約為80億元(其中中國大陸約占50%-60%),相當于4G時代25億元的增長近三倍。
根據結構,假設各部分PCB價格每年下降6%,天線PCB峰值年的市場空間約為80億元/年,TRX所用PCB的市場空間約為40億元,PA的PCB市場空間高峰年約為9億元,BBU的PCB市場空間高峰年約為50億元。
二.全球服務器PCB需求即使在2019年放緩,也不會改變長期上升趨勢。
服務器屬于電子工業中的整機產品。從產業鏈運輸周期的角度來看,只有確定芯片的規格后,才能確定印刷電路板的加工過程,然后組裝成一臺與其他部件配套的服務器。因此,我們可以認為,芯片的出貨量和多層PCB的生產(收入)是服務器出貨量的主要指標。
2017Q2-2018Q4是全球服務器發貨量迅速增長的一個階段,互聯網企業數據中心的建設占了需求的60%以上。我們認為,2019年全球服務器出貨量的增長率很可能會下降,直到2020年上半年,那時云計算服務提供商的資本支出從一個大周期的角度來看正處于半個周期的同比增長,而第二季度則開始在2020年前恢復增長。從長遠來看,計算和虛擬化的云計算虛擬化是不可逆轉的,物聯網、5G等產生的計算和存儲需求將越來越旺盛,對服務器PCB的需求將繼續增長。
通信PCB市場普遍分散,但高端軌道的需求和格局良好。全球通信市場規模約為120億美元,前五大公司僅占20%左右,但實際上,18層以上的PCB(或高頻材料)的主要參與者是第一梯隊。在由通信代際變化和數據流爆發引起的存儲設備升級過程中,當趨勢向PCB鏈路向上轉移時,其價值和用量的增加往往是基于高水平的數量、新材料和新工藝PCB產品,而低水平PCB(主要應用于一些次要環節、或者低階設備)的需求變化彈性不如高次PCB好,而一級制造商是受益于價值和消費增長的主要廠商。它有技術壁壘、固定資產投資壁壘、商業壁壘、認證時差壁壘等方面的護城河。