5G商用 玻纖布、復(fù)合材料等應(yīng)用前景廣闊

　　6月6日工信部向中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)廣電4家公司發(fā)放5G正式商用牌照。

　　工信部跳過(guò)預(yù)商用牌照直接發(fā)放5G正式商用牌照，較此前市場(chǎng)預(yù)期提前了半年左右。

　　中國(guó)成為繼韓國(guó)、美國(guó)、瑞士、英國(guó)之后，第五個(gè)宣布5G商用的國(guó)家，躋身5G第一梯隊(duì)！

　　5G給我們帶來(lái)的是超越光纖的傳輸速度(Mobile Beyond Giga)，超越工業(yè)總線的實(shí)時(shí)能力(Real-Time World)以及全空間的連接(All-Online Everywhere), 5G將開(kāi)啟充滿機(jī)會(huì)的時(shí)代。

　　5G的數(shù)據(jù)量更大、發(fā)射頻率更大、工作的頻段也更高，基站的建設(shè)將有別于4G基站。

　　1、5G基站有望達(dá)到4G基站的3.3-4.6倍

　　2017年中國(guó)4G廣覆蓋階段基本結(jié)束，4G基站達(dá)到328萬(wàn)個(gè)。

　　從5G的建設(shè)需求來(lái)看，5G將會(huì)采取“宏站+小站”組網(wǎng)覆蓋的模式，歷次基站的升級(jí)，都會(huì)帶來(lái)一輪原有基站改造和新基站建設(shè)潮。

　　根據(jù)賽迪顧問(wèn)發(fā)布的《2018年中國(guó)5G產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用發(fā)展白皮書(shū)》，預(yù)計(jì)5G宏站增量將達(dá)到360-500萬(wàn)個(gè)，小基站數(shù)量將達(dá)到720-1000萬(wàn)個(gè)，合計(jì)基站總數(shù)量將是4G基站的3.3-4.6倍，奠定了海量增長(zhǎng)空間。

　　5G基站的海量增長(zhǎng)，將同步帶動(dòng)PCB、天線振子及濾波器等元器件應(yīng)用的大幅增長(zhǎng)。

　　移動(dòng)通信基站的天線陣列演化將帶來(lái)高頻材料需求大幅增加(資料來(lái)源：中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，安信證券研究中心)

　　根據(jù)主流的方案，5G基站將采用大規(guī)模天線關(guān)鍵技術(shù)(Massive MIMO)，原本4G基站的天饋系統(tǒng)和RRU(射頻拉遠(yuǎn)單元)合并，形成全新部分AAU(有源天線)。

　　AAU集成了RRU和傳統(tǒng)天線的功能，數(shù)字接口獨(dú)立控制每個(gè)天線振子，構(gòu)成主動(dòng)式天線陣列。

　　Massive MIMO的應(yīng)用，將使得天線數(shù)量達(dá)到64、128或256，相比4G基站數(shù)量增長(zhǎng)4、8倍或16倍。

　　每?jī)蓚€(gè)天線對(duì)應(yīng)一個(gè)天線振子，對(duì)應(yīng)的天線振子可達(dá)32、64或128個(gè)，而目前的4G的天線單元一般不超過(guò)8個(gè)天線振子。

　　5G有源天線的結(jié)構(gòu)圖：天線振子將集成在一張PCB板上。(資料來(lái)源：CNKI，安信證券研究中心)

　　2、PCB海量增長(zhǎng)，PTFE市場(chǎng)一觸即發(fā)

　　在5G基站中，印刷電路板(Printed Circuit Board，簡(jiǎn)稱PCB)作為最基礎(chǔ)的連接裝置將被廣泛使用。

　　PCB是指在基材上按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的形成點(diǎn)之間連接和印刷元件的基板。PCB的功能是讓電子元器件按照預(yù)定電路連接(就是關(guān)鍵互連件)。

　　首先5G基站的天線陣子需要使用PCB作為連接；其次5G基站的濾波器等元器件將大幅增加，需要使用一塊單獨(dú)的PCB來(lái)連接這些元器件；最后5G基站的CU/DU等部分也需要使用PCB。

　　5G建設(shè)初期，對(duì)于PCB的需求增量直接體現(xiàn)在無(wú)線網(wǎng)和傳輸網(wǎng)上，對(duì)PCB背板、高頻板、高速多層板的需求較大。

　　目前PCB產(chǎn)業(yè)界廣泛應(yīng)用的基板材料是玻纖布增強(qiáng)的環(huán)氧型基材FR-4(環(huán)氧樹(shù)脂玻纖布覆銅板)，該材料是由一層或者多層浸漬過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃纖維布構(gòu)成。

　　因?yàn)樗杀据^低，且電氣和機(jī)械性能適于多方面的需求，所以是應(yīng)用最廣的一類基板材料。但是FR-4的介電常數(shù)(ε)高達(dá)4.2~4.8以上，介質(zhì)損失因子(tanδ)大于0.0015，難以滿足高頻應(yīng)用的需求。

　　PCB上游原材料主要包括銅箔、玻璃纖維布、以及PTFE在內(nèi)的特殊樹(shù)脂和陶瓷等其他化工材料。

　　原材料中，銅箔是最主要的組成部分，約占覆銅板成本的30%-50%(取決于覆銅板的薄厚)，它作為性能良好的導(dǎo)電體在PCB中起到導(dǎo)電和散熱的作用。

　　此外，玻璃纖維布和特殊樹(shù)脂也是重要的原材料，玻璃纖維布作為增強(qiáng)材料，起著絕緣和增加強(qiáng)度的作用；特殊樹(shù)脂作為填充材料，起著粘合和提升板材性能的作用。

　　其中，PCB上游的特殊樹(shù)脂領(lǐng)域目前國(guó)際領(lǐng)先的廠商還是以海外廠商為主，包括日本的三菱瓦斯、Panasonic、日立化成，美國(guó)的羅杰斯、伊索拉、泰康利，以及中國(guó)臺(tái)灣的聯(lián)茂、臺(tái)光等。

　　PCB各產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)供應(yīng)商。(資料來(lái)源：覆銅板資訊，印刷電路信息，各公司公告，華創(chuàng)證券)

　　為了滿足高頻高速PCB產(chǎn)品的可靠性、復(fù)雜性、電性能和裝配性能等諸多方面的要求，許多PCB基板材料的廠商對(duì)特殊樹(shù)脂進(jìn)行了不同的改進(jìn)。

　　在目前高速高頻化的趨勢(shì)下，較為主流的PCB材料包括聚四氟乙烯樹(shù)脂(PTFE)、環(huán)氧樹(shù)脂(EP)、雙馬來(lái)酰亞胺三嗪樹(shù)脂(BT)、熱固性氰酸脂樹(shù)脂(CE)、熱固性聚苯醚樹(shù)脂(PPE)和聚酰亞胺樹(shù)脂(PI)，由此衍生出的覆銅板種類超過(guò)130種。

　　對(duì)于基站PCB而言，最為重要的指標(biāo)是介電特性、信號(hào)傳輸速度和耐熱性，前兩點(diǎn)上PTFE基板都具有較好的性能。

　　它是目前為止發(fā)現(xiàn)的介電性能最好的有機(jī)材料，優(yōu)異的介電性能有利于信號(hào)完整快速地傳輸，這角度而言PTFE是5G時(shí)代基站PCB板的優(yōu)選樹(shù)脂材料。

　　但是，PTFE基板也有局限性，比如耐熱性較差，加工性欠佳、成本較高等。

　　根據(jù)國(guó)內(nèi)PCB龍頭企業(yè)深南電路的招股說(shuō)明書(shū)中的采購(gòu)數(shù)據(jù)，可以知道PTFE板材在2017年的市場(chǎng)價(jià)格為600元(人民幣：下同)/m2。

　　假設(shè)其價(jià)格不變，五年之后也即2023年5G基站能全部建設(shè)完畢，可以推知單基站PTFE的價(jià)值為1875元，屆時(shí)中國(guó)基站用PTFE需求空間為89.06億元，全球基站用PTFE需求空間預(yù)期為127.23億元。

　　目前生產(chǎn)PTFE的企業(yè)主要有科慕、大金氟化工、阿科瑪、3M、德清科賽、浙江巨化集團(tuán)等企業(yè)。

　　3、天線振子數(shù)量暴增，塑料天線振子大有可為

　　天線振子是天線的核心部件。天線振子作為天線的主要組成部分，主要負(fù)責(zé)將信號(hào)放大和控制信號(hào)輻射方向，同樣可以使天線接收到的電磁信號(hào)更強(qiáng)。

　　根據(jù)天線的形態(tài)，天線振子形態(tài)也包括多種多樣，有桿狀、面狀等;根據(jù)加工工藝，主要有鈑金、PCB、塑料等。傳統(tǒng)4G天線振子多以金屬鈑金為主。

　　從5G設(shè)備商測(cè)試情況來(lái)看，在熱點(diǎn)高容量地區(qū)優(yōu)先選擇64通道的天線設(shè)備，同時(shí)因?yàn)?92振子天線設(shè)備相比128振子在覆蓋能力上能提升1.7dB，目前設(shè)備商測(cè)試64通道天線大都采用96個(gè)雙極化天線振子，即192個(gè)天線振子。

　　一個(gè)基站需要三面天線，假設(shè)未來(lái)單面天線主流方案采用192振子，對(duì)應(yīng)需要一個(gè)基站需要3*192=576個(gè)振子。

　　相較于現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)(視天線通道數(shù)的不同，一般為10-40個(gè)天線振子)，5G天線含有的振子數(shù)將大幅增加。

　　天線振子加工方式主要有金屬壓鑄/鈑金、PCB貼片和塑料振子，4G時(shí)代更多以金屬壓鑄/鈑金方式加工，組裝更多的靠人工，效率低下。

　　5G時(shí)代由于頻段更高且采用Massive-MIMO技術(shù)，天線振子尺寸變小且數(shù)量大幅增長(zhǎng)，綜合考慮天線性能及AAU安裝問(wèn)題，塑料天線振子方案具有一定的綜合優(yōu)勢(shì)。

　　為了應(yīng)對(duì)5G新型天線的變化，市場(chǎng)上出現(xiàn)了全新的工藝——3D選擇性電鍍塑料振子方案，其中代表企業(yè)為飛榮達(dá)。

　　所謂的塑料天線振子即采用內(nèi)含有機(jī)金屬?gòu)?fù)合物的改性塑料材料，用注塑成型的方式將復(fù)雜的3D立體形狀一次性制造出來(lái)，再利用特殊技術(shù)使塑料表面金屬化。

　　塑料振子在保證天線滿足5G電器性能的同時(shí)，產(chǎn)品重量大大減輕，減少了危險(xiǎn)過(guò)程工序，也節(jié)約了成本。

　　3D塑料振子的制造工藝一般指注塑工藝+激光工藝，其中激光工藝指在新型的塑料件上用激光直接3D打印電路板的技術(shù)。激光工藝中又分為選擇性電鍍和LDS兩種工藝。

　　LDS激光工藝適用于小型電子器件，目前最廣泛的應(yīng)用是手機(jī)天線和各類智能終端。

　　而選擇性電鍍激光工藝適用于較大型的設(shè)備，包括宏基站天線。

　　3D塑料振子方案的分類圖解(資料來(lái)源：安信證券研究中心整理)

　　3D塑料振子除了重量非常輕，還能滿足鈑金和壓鑄工藝所不能實(shí)現(xiàn)的精度要求。注塑和選擇性電鍍都是精度非常高的工藝，將它們結(jié)合在一起，可以保證天線振子精度滿足3.5G以上的高頻場(chǎng)景要求。

　　目前飛榮達(dá)的塑料天線振子加工工藝已具備量產(chǎn)條件，并已開(kāi)始在進(jìn)行供貨。

　　通達(dá)集團(tuán)也于今年1月初發(fā)布公告稱，通達(dá)集團(tuán)已就應(yīng)用于5G主流大規(guī)模多輸入多輸出天線(Massive MIMO)完成對(duì)雷射直接成型(LDS)、塑膠電鍍(POP)的基站天線單機(jī)應(yīng)用的研發(fā)。

　　4、天線罩：復(fù)合材料大顯身手

　　由于5G天線遵循MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)概念，意思是多輸入多輸出，這意味著一個(gè)基站內(nèi)可安裝多個(gè)天線，而這些天線的尺寸又很小，需要天線罩的保護(hù)。

　　天線罩要具有良好的電磁波穿透特性，機(jī)械性能上要能經(jīng)受外部惡劣環(huán)境的侵蝕如暴風(fēng)雨、冰雪、沙塵以及太陽(yáng)輻射等。

　　在材料要求方面，要求在工作頻率下的介電常數(shù)和損耗角正切要低，及要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

　　一般而言，充氣天線罩常用涂有海帕龍橡膠或氯丁橡膠的聚酯纖維薄膜；剛性天線罩用玻璃纖維增強(qiáng)塑料；夾層結(jié)構(gòu)中的夾心多用蜂窩狀芯子或泡沫塑料。

　　而在5G趨勢(shì)下，性能優(yōu)越的復(fù)合材料成為備受歡迎的天線外罩材料。復(fù)合材料能起到絕緣防腐、防雷、抗干擾、經(jīng)久耐用等作用，而且透波效果非常好。

　　透波復(fù)合材料由增強(qiáng)纖維和樹(shù)脂基體構(gòu)成，通常，增強(qiáng)材料的力學(xué)性能和介電特性均優(yōu)于樹(shù)脂基體，故此復(fù)合材料的透波性能主要取決于樹(shù)脂基體的性能。

　　因此，選擇具有優(yōu)良電性能的樹(shù)脂基體至關(guān)重要，同時(shí)樹(shù)脂在復(fù)合材料中也起膠粘劑的作用，是決定復(fù)合材料耐熱性的基本成分。

　　樹(shù)脂基體主要選擇包括：傳統(tǒng)的不飽和聚酯樹(shù)脂(UP)、環(huán)氧樹(shù)脂(EP)、改性酚醛樹(shù)脂(PF)以及近年來(lái)開(kāi)始研究和應(yīng)用的氰酸酯樹(shù)脂(CE)、有機(jī)硅樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂(BMI)、聚酰亞胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)等新型耐高溫樹(shù)脂。