5G基站這些材料大有“錢景”

       本月工信部向中國移動(dòng)、中國電信、中國聯(lián)通和中國廣電4家公司發(fā)放5G正式商用牌照。工信部跳過預(yù)商用牌照直接發(fā)放5G正式商用牌照，較此前市場預(yù)期提前了半年左右。中國成為繼韓國、美國、瑞士、英國之后，第五個(gè)宣布5G商用的國家，躋身5G第一梯隊(duì)!
       5G給我們帶來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。
       5G基站有望達(dá)到4G基站的3.3-4.6倍
       2017年中國4G廣覆蓋階段基本結(jié)束，4G基站達(dá)到328萬個(gè)。從5G的建設(shè)需求來看，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，都會(huì)帶來一輪原有基站改造和新基站建設(shè)潮。
       根據(jù)賽迪顧問發(fā)布的《2018年中國5G產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用發(fā)展白皮書》，預(yù)計(jì)5G宏站增量將達(dá)到360-500萬個(gè)，小基站數(shù)量將達(dá)到720-1000萬個(gè)，合計(jì)基站總數(shù)量將是4G基站的3.3-4.6倍，奠定了海量增長空間。
       5G基站的海量增長，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。
       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4、8倍或16倍。
       每兩個(gè)天線對應(yīng)一個(gè)天線振子，對應(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8個(gè)天線振子。
       PCB 海量增長， PTFE市場一觸即發(fā)
       在5G基站中，印刷電路板（Printed Circuit Board，簡稱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，對于PCB 的需求增量直接體現(xiàn)在無線網(wǎng)和傳輸網(wǎng)上，對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)氧樹脂玻纖布覆銅板），該材料是由一層或者多層浸漬過環(huán)氧樹脂的玻璃纖維布構(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上游的特殊樹脂領(lǐng)域目前國際領(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，美國的羅杰斯、伊索拉、泰康利，以及中國臺(tái)灣的聯(lián)茂、臺(tái)光等。
       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基板材料的廠商對特殊樹脂進(jìn)行了不同的改進(jìn)。
       在目前高速高頻化的趨勢下，較為主流的PCB材料包括聚四氟乙烯樹脂（PTFE）、環(huán)氧樹脂（EP）、雙馬來酰亞胺三嗪樹脂（BT）、熱固性氰酸脂樹脂（CE）、熱固性聚苯醚樹脂（PPE）和聚酰亞胺樹脂（PI），由此衍生出的覆銅板種類超過130種。
        對于基站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)國內(nèi)PCB龍頭企業(yè)深南電路的招股說明書中的采購數(shù)據(jù)，可以知道PTFE板材在2017年的市場價(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)。
       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)備商測試情況來看，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)未來單面天線主流方案采用192振子，對應(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，綜合考慮天線性能及AAU安裝問題，塑料天線振子方案具有一定的綜合優(yōu)勢。
       為了應(yīng)對 5G 新型天線的變化，市場上出現(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)金屬復(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，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的MIMO)完成對雷射直接成型(LDS)、塑膠電鍍(POP)的基站天線單機(jī)應(yīng)用的研發(fā)。
       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)于樹脂基體，故此復(fù)合材料的透波性能主要取決于樹脂基體的性能。
       因此，選擇具有優(yōu)良電性能的樹脂基體至關(guān)重要，同時(shí)樹脂在復(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。
       樹脂基體主要選擇包括：傳統(tǒng)的不飽和聚酯樹脂（UP）、環(huán)氧樹脂（EP）、改性酚醛樹脂（PF）以及近年來開始研究和應(yīng)用的氰酸酯樹脂（CE）、有機(jī)硅樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂（BMI）、聚酰亞胺（PI）、聚四氟乙烯（PTFE）等新型耐高溫樹脂。

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