祝大同

（中電材協(xié)覆銅板材料分會，陜西 咸陽 712099）

（接上期）

3 日本高端剛性車載PCB的市場與技術發(fā)展

3.1 綜述

一份來自FBI（美）在2021年下半年公布的車載PCB市場的調查顯示[1]：在2020年，全球車載用PCB市場的規(guī)模達到59億美元。2021年，盡管車載用PCB市場受到半導體器件供應不足及新冠疫情的影響，但它的市場規(guī)模仍處于正增長，達到了70.6億美元。預測未來幾年，全球車載用PCB市場仍將顯示增長的趨勢，2021年～2028年期間的年平均增長率將為7.3%。預測到2028年的市場規(guī)模將達到99.6億美元。

據(jù)富士fftetffl総研（日）近期公布的車載PCB市場規(guī)模調查結果[2]：2019年全球需求車載PCB為47 200 km2，預測2030年將達到82 890 km2。從各個車載PCB品種市占率方面統(tǒng)計，預估2019年～2030年期間的年平均成長率分別為：車載用雙面板增加4.7%：多層板增加4.3%，HDI板（高密度互連板）增加20.5%。

2021年，隨著全球車輛電子化、新能源汽車市場擴大等，帶動車載PCB需求量的增長，這也使得日本的汽車剛性PCB生產(chǎn)大型企業(yè)，如CMK、Meiko等在2021年經(jīng)營業(yè)績成長表現(xiàn)得十分亮眼。同時有些日本PCB企業(yè)將汽車PCB銷售額首次提升到企業(yè)各PCB品種銷售額的首位（例如：Kyoden株式會社），或是一躍成為汽車PCB制造陣列中的新軍（例如：FICT株式會社）。

筆者不但看到日本不少從事汽車PCB經(jīng)營的企業(yè)在銷量、收益上頗豐；還看到在此時期中，在汽車PCB技術上又有新跨越。而這些技術新發(fā)展，是以新投資，增添新設備、提高設備水平作為支撐的。

3.2 CMK的車載PCB經(jīng)營現(xiàn)況與技術新發(fā)展

3.2.1 車載PCB帶動下2021年獲得很好的經(jīng)營業(yè)績

日媒2022年3月報道[3]了CMK株式會社（中文稱：希門凱電子）2021年度（2021年3月～2022年3月）PCB的經(jīng)營業(yè)績的實際報表情況。

2021年，由于CMK車載PCB的銷售額比預計高出很多，使得公司整個PCB銷售額達到795億日元，總營業(yè)利潤達到28億日元，扭轉了2020年銷售額達到700億日元，虧損17億日元的局面。其中，2021年車載PCB的銷售額為655億日元，占該公司總銷售額的85%。

CMK在2021年獲得銷售額高增長及經(jīng)營利潤扭虧增盈的緣由，該公司總結了以下主要原因[3]：適應了汽車市場增加的形勢，注重了提高了該公司車載基板的產(chǎn)銷量；受到PCB原材料上漲的影響，促進了價格轉嫁、合理化及經(jīng)營效率的改善，使得收益增效。

從CMK的PCB產(chǎn)品銷售市場的國家/地區(qū)角度分析，2021年銷售額增加情況：CMK制造PCB最大的銷售市場仍是日本本國，日本市場獲得的銷售收入為367億日元，同比增加了15%；第二大市場為中國大陸，銷售收入為218億日元，同比增加32%；東南亞市場同比增加34%，銷售額為182億日元?？煽闯?，中國大陸與東南亞成為CMK在這兩個市場上，2021年PCB銷售額有30%以上的增加[3]。

3.2.2 2021年間取得了兩項車載PCB的新成果

車載PCB采用微細布線的新工藝技術方面，CMK在 2021年間取得了兩項新成果。這兩項新技術成果，即已實現(xiàn)商品化的車載PCB新品，在2022年1月中旬在東京舉辦的亞洲最大規(guī)模電子產(chǎn)品展中首次亮相。

新成果之一：CMK采用HDI工藝法（該公司稱為PPBU工藝法）研制出車載ECU（電子控制單元）用新型高多層主板（如圖3所示）。它為2—4—2疊層結構，實現(xiàn)L/S=100 μm/150 μm[4][5]。此PCB是用于搭載運用先進的mSPA（改良型半加成法）工藝制成的BGA（球柵陣列封裝）封裝基板，因此PPBU之2—4—2板需要滿足抗震動及高耐熱性方面的更嚴酷的性能要求，確保此車載ECU主板的高可靠性。為了實現(xiàn)此基板的高導熱性，CMK在此芯板結構上，采用了厚銅（厚度為：75 μm、105 μm等）導熱材料。

新成果之二：CMK推出了車載激光雷達和微波雷達用天線板。這種采用高頻覆銅板及采用mSPA工藝制出的天線板，其線路微細，實現(xiàn)L/S=30 μm/30 μm。mSPA工藝的采用起到了確保通孔內(nèi)的電鍍層的厚度精密控制的作用，并且在線幅加工精密度上得到提高（線幅加工精確度可控制在±10 μm）。從而使天線傳輸特性得到提高，確保高的連接可靠性[4]。

3.3 Meiko的車載PCB經(jīng)營現(xiàn)況與技術新發(fā)展

3.3.1 汽車板市場擴大成為銷售額大增的第一大源動力

Meiko株式會社（中文稱：名幸電子）2021年全球PCB企業(yè)銷售額排名第14位，日本PCB廠家中排名第4[5]。2021年Meiko在PCB經(jīng)營上獲得很好的業(yè)績。銷售額與經(jīng)營利潤比2020年有大幅增長，其原動力主要依賴于PCB產(chǎn)品在車載市場、手機及平板電腦市場的擴大。據(jù)Prismark統(tǒng)計[6]：名幸電子在2021年的PCB銷售額達到15.31億美元，年增長率41.1%。特別是在2021年四季度（4Q）的銷售額“突飛猛進”，增長幅度明顯，同比增長了39.7%。

日媒報道[8]，名幸電子在2021年上半期（4月～9月）的PCB銷售額中汽車板占總銷售額的50.1%（2019年上半期占總銷售額的40%左右），可見名幸電子在汽車板市場擴大。在日媒此報道中[8]，還客觀地分析了名幸電子2021年年銷售額高的其他兩個因素的影響：2021年銷售額的增加“其中，與覆銅板大幅漲價，造成轉移到PCB售價提高有關。但是同時，在中國工廠（武漢、廣東工廠，為名幸電子海外主辦工廠——筆者注）由于曾發(fā)生過地區(qū)的局部限電，也造成海外廠對整個公司更多增產(chǎn)的影響?！?/p>

3.3.2 汽車板專業(yè)新廠啟動建設

在2021年間，名幸電子確定了在日本山形縣童市投資建設新的車載PCB專用生產(chǎn)廠。新廠建設的總投資200億日元，屬該公司近十五年來首次重大投資之舉。計劃新建的工廠占地0.5萬m2。在新廠內(nèi)將設立新的技術中心及基板加工工序上，設置智能化搬運線等。它將在2022年3月開工建設，計劃在2023年7月完成竣工，實現(xiàn)投產(chǎn)[8]。

3.3.3 汽車板市場擴大成為銷售額大增的第一大原動力

近期，名幸電子發(fā)布了車載基板技術發(fā)展路線圖（見表2所示）[7]。名幸電子在舉辦的“2022日本電子產(chǎn)品展”展會上，作了車載PCB產(chǎn)品及技術報告[3]。這個報告內(nèi)容要點，也詮釋了表1所示的名幸電子在車載PCB技術上的新進展。

表2 名幸電子的車載PCB技術發(fā)展藍圖表

名幸電子在“2022日本電子產(chǎn)品展”上的報告中介紹[3]：在汽車駕駛安全系統(tǒng)中的動力控制，在車身裝置的智能/自動化控制，以及在車載信息系統(tǒng)的控制裝置中，對車載PCB性能要求是有差異的。在汽車駕駛安全系統(tǒng)中所用的基板，為了實現(xiàn)其高頻特性，因基板上搭載了0.5 mm/0.65 mm間距的CSP（芯片級封裝器件）基板，需要基板具有的高阻抗精度控制特性。并且，這類高頻基板為了實現(xiàn)低成本化的需求，名幸電子還著力在ADAS用基板上，開發(fā)出具有高頻特性的混壓PCB產(chǎn)品（如圖4所示），即聚四氟乙烯樹脂或LCP（液晶聚合物）基材與常規(guī)FR-4基材實現(xiàn)混壓工藝。而且名幸電子在這類具有高耐熱性與承載大電流特性基板的制造中，還采用了厚銅基板與高Tg（玻璃化轉變溫度）基材混合結構。

圖4 名幸電子的混壓PCB產(chǎn)品結構及插損（S21）特性測試數(shù)據(jù)對比[7]圖

在滿足車載小型化電子裝置需求PCB的散熱性提高方面，名幸電子新開發(fā)出由厚銅基板制成的剛撓結合PCB。此PCB有180度彎曲的構型，線路細線化（L/S=100 μm/100 μm）。這種PCB縮減了空間，提高了散熱性能，是下一代汽車板需求量會有擴大的新型基板[8]。

在車載功率模塊基板方面，名幸電子開發(fā)了高導熱、高耐電壓性的PCB。它所用的基材是由一種導熱率為16 W/m·k特殊樹脂作絕緣層的鋁基覆銅板。絕緣基材厚度為150 μm、Tg為200 ℃，擊穿電壓達到5 kV以上。它是作為替代車載用傳統(tǒng)陶瓷基板的下一代新型車載基板，有著很廣闊的市場發(fā)展前景[8]。

中國臺灣工研院在研究了CMK與MEIKO兩家日企的車載PCB制造技術的新發(fā)展后，總結歸納了它們的技術創(chuàng)新特點[2]：“綜合CMK與MEIKO車用板技術藍圖內(nèi)容，可看出日廠因應電動車的需求，會朝向高密度化、高頻材料以及高功率的產(chǎn)品開發(fā)……因應5G、ADAS、汽車電子化等需求，車用HDI產(chǎn)品將增加，同時也會朝高頻材料與混合結構設計發(fā)展。而因應功率半導體元件的使用量增加，未來也會刺激高散熱基板與剛撓結合板的發(fā)展。值得注意的一點，日廠有觀察到剛撓結合板的應用潛質，可提供臺廠在該產(chǎn)品開發(fā)上新的策略方向?！?/p>

3.4 Kyoden的車載PCB經(jīng)營現(xiàn)況與技術新發(fā)展

3.4.1 車載基板成為企業(yè)總銷售額中比例最高的一類品種

Kyoden（fft（E）ウ（Ⅷ）as株式會社，中文慣稱“京田”）是日本剛性PCB大廠之一，2020年在日本PCB銷售額排名中列為第十。它PCB主導品種是高多層和HDI板。近年，該會社在車載PCB產(chǎn)量上得到很快增加。到2021年車載PCB的銷售額，已占到該會社整個PCB總銷售額的26%，車載PCB成為占總銷售額比例最高的品種，排名第二三的市場分別是產(chǎn)業(yè)機械（機器人、工業(yè)控制設備等）和事務機械-精密機械，分別占總銷售額的25%、9%[9]。

該會社所產(chǎn)銷的車載PCB，主要已用于毫米波傳感器和駕駛記錄儀；車載多信息顯示裝置；車載ADAS相關設備（自動駕駛支持系統(tǒng)）；汽車導航和 ETC車載設備等。

在2021年，Kyoden取得了很好的經(jīng)營業(yè)績。Kyoden的電子事業(yè)部（以PCB經(jīng)營事業(yè)為主）在2021年上期（2021年4月～9月），銷售額實現(xiàn)了216億日元，經(jīng)營利潤同比2020年增加了3.6倍[9]。

3.4.2 海外廠的車載PCB產(chǎn)銷量增大與其技術水平提升

Kyoden的車載PCB生產(chǎn)主要在日本國內(nèi)的靜岡事業(yè)所與海外的泰國工廠。泰國工廠近兩、三年將擴大車載基板生產(chǎn)經(jīng)營作為重點。目前，該板訂單中日本客戶占比例最大。隨著搭載安全駕駛支持系統(tǒng)（ADAS）的汽車及新能源汽車市場擴大，在泰國工廠常規(guī)生產(chǎn)的4～6層、貫通孔型汽車PCB產(chǎn)品的產(chǎn)量也不斷增加。PCB性能隨著客戶的需求，也在不斷改進提高。近一兩年Kyoden正在計劃（或可能在2022年實施）投資20億日元，新增、改造泰國工廠生產(chǎn)汽車PCB的設備，以提高生產(chǎn)技術水平與高端基板產(chǎn)能。

3.4.3 開發(fā)成功高速厚銅電鍍工藝法新型散熱PCB

Kyoden利用高速厚銅電鍍方法開發(fā)高散熱高頻PCB，它應用于車載模塊基板、5G/6G基站裝置等高散熱、高頻需求的終端產(chǎn)品中。新產(chǎn)品采用高速厚鍍銅填充的散熱部件，通過高導熱性銅直接連接到基板底部進行散熱。傳統(tǒng)上，銅嵌件和銅硬幣如圖5（a）所示嵌入在電路板中，起到基板散熱的作用。但這類工藝在大規(guī)模生產(chǎn)、基板可靠性和薄板支持方面都存在問題。Kyoden近年新開發(fā)了運用高速厚銅電鍍新技術，開發(fā)出了高散熱性高頻PCB如圖5（b）所示。新散熱PCB使用厚銅電鍍，形狀和大小可以自由設置如圖5（c）和（d）所示。另外，這種散熱結構PCB可以對應于厚度在0.4 mm或更薄的薄板組件使用。它有助于高散熱部件的散熱措施，在5G支持6G基站的功率放大器和功率半導體元件中的確保高頻性和高散熱對策[9][10]。

圖5 kyoden采用高速厚銅電鍍工藝法的散熱PCB產(chǎn)品示意圖

3.5 FICT的車載PCB經(jīng)營現(xiàn)況與技術發(fā)展

富士通集團（Fujitsu）旗下的PCB制造分會社——FICT株式會社（原為富士通イas（IX）ーコtzクトgjクノロジーズ株式會社,中文慣稱：富士通互連科技公司，2022年1月更名為“FICT株式會社”），成立于2002年。主要PCB工廠設在日本的長野工廠（現(xiàn)有生產(chǎn)廠房3棟）以及設在越南的FCV工廠[11]。

FICT株式會社經(jīng)營的主導PCB品種，為高多層板（包括服務器、大型計算機用PCB）、封裝載板等。此兩類PCB在日本業(yè)界具有一定的競爭實力，例如在2020年全球超級計算機第一名的“富岳（Fugaku）”超級計算機中，F(xiàn)ICT擔當了CPU“系統(tǒng)主板”設計、制造工作。到2021年9月止FICT已累計銷售8萬塊“富岳”計算機用高多層主板[12]。

自2020年～2021年來，F(xiàn)ICT株式會社開始進軍高頻性車載PCB市場，并且獲得不小的應用業(yè)績。在2021年10月在日本東京召開“2021年電子設備整體解決方案展”上，F(xiàn)ICT首次亮相了車載ADAS用毫米波PCB新品。該PCB為6層（2—2—2）結構，尺寸：190 mm×154 mm；L/S：100 μm/150 μm，已在FICT的越南廠實現(xiàn)量產(chǎn)。另外，在展會上所展示的5G基站用12層（3—6—3）新型高多層基板，板厚1.32 mm，也在長野工廠量產(chǎn)。在實現(xiàn)汽車母線內(nèi)裝化方面，長野工廠新開發(fā)出高導熱型4層PCB，它的構造為在4層板嵌入1.0 mm厚銅，起到高效的基板散熱功效。PCB線路設計L/S=250 μm/150 μm[13]。

3.6 日本PCB業(yè)在發(fā)展車載PCB市場方面的新特點

從近一兩年日本在發(fā)展剛性車載PCB技術及市場方面，可以歸結為以下四個方面新特點：

其一，日本PCB企業(yè)在車載PCB新市場的開拓方面，總是以技術創(chuàng)新、品種結構升級換代、高端品種產(chǎn)能果斷擴張為引領。

其二，在車載PCB市場，高導熱板現(xiàn)已成為市場競爭的焦點之一。在新能源汽車的高功率需求的驅動下，涌現(xiàn)出在剛性高導熱基板采用厚銅的新結構、新工藝技術的創(chuàng)新成果。

其三，在ADAS、汽車高度自動化、5G車載網(wǎng)絡化、基板模塊化需求的驅動下，日本PCB企業(yè)明顯加快了實現(xiàn)汽車PCB布線更加微細化、多層化的市場爭奪和技術開發(fā)。

其四，在汽車PCB高頻化的驅動下，高頻基材混合使用增多。日本PCB企業(yè)積極推進了其制造工藝技術的進步，提升高頻基材混合的PCB水平。

以上所述的日本企業(yè)在車載PCB市場競爭中所表現(xiàn)出的新特點，值得我們注重研究與借鑒。