2024年印刷电路板行业分析:AI及智驾拉动高阶HDI需求,国内企业积极布局

1. HDI:应用领域持续拓宽,产品规格要求加速升级

1.1. HDI 产值占全球 PCB 的 16%左右

HDI 实现了更高的线路密度和更小的元件间距,从而在有限的空间内实现 更高的功能集成度和性能。HDI(高密度互连)PCB 是一种用于制造高密度、 细线路、小孔径和超薄型印刷电路板(PCB)的技术,广泛应用于诸如手机、 AI 服务器以及汽车领域。HDI 通常具有以下特性: 微孔技术:采用激光钻孔技术在 PCB 上形成微孔,这些微孔的直径通 常小于 150 微米。 盲孔和埋孔:盲孔只连接 PCB 的某些层,埋孔完全嵌入 PCB 内部, 增加了层之间的连接密度。 细线:HDI PCB 的线宽和线距通常小于 100 微米,让 PCB 承载更多 的电路功能。

从应用领域角度来看,HDI 在数通、汽车、消费电子领域需求持续提升。 HDI PCB 最初主要应用于航空、军工等高科技领域,但随着技术的普及和 成本的下降,逐渐扩展到消费电子、通信设备和汽车电子等领域。其主要优 点包括更小的尺寸、更高的元件密度、改进的信号完整性和增强的电气性能。 这些特性使得 HDI PCB 特别适合用于需要轻薄短小设计的电子产品,如智 能手机、平板电脑、可穿戴设备以及高性能计算和数据中心设备。 从产值角度,2024 年全球 HDI 产值大概占 PCB 总市场的 16%左右,2023- 2028E 复合增速达 7.1%。根据 Prismark,在人工智能、汽车、网络等下游 领域的带动下,2024 年 18 层以上多层板和 HDI 将有可观的增长,分别增 长 21.1%和 10.4%。从中长期来看,18 层以上高多层板、封装基板和 HDI 仍受到 AI 相关产业的驱动,2023 年-2028 年复合增长率分别达 10.0%、 8.8%和 7.1%,高于平均增速。 HDI 产值有望从 2023 年的 105.36 亿美元 增长到 2024 年的 116.28 亿美元(占比 16%左右),而到 2028 年产值有望达 到 148.26 亿美金。2023-2028E 复合增速达 7.1%。

1.2. 产品结构:高阶 HDI 需求提升更快,对加工产能的消耗将显 著增加

HDI 的生产工艺流程复杂且精细,涉及多个关键步骤: 1) 原材料准备:包括镍铜箔、多层薄板、预浸料等。 2) 线路图设计与生产:外层和内层线路图设计,涉及镀铜、光刻、脱膜和 蚀刻等过程。 3) 多层线路板制造:按照设计进行多层线路板的组合,完成内层和外层 线路连通。 4) 表面处理与测试:对完整的 HDI 线路板进行表面处理和测试,以确保 其性能和质量。 5) 激光成孔技术:利用激光钻孔技术实现高密度互连,适应市场轻薄短 小电子产品的需求。 6) 电镀与堆叠:电镀环节用于连接电子元器件和提供导电路径,堆叠环 节则将多层电路板压合在一起。 7) 镭射封孔:在电路板上形成微小的气孔,以消除内部应力并提高 HDI 板的耐热性和机械强度。 8) 其他关键步骤:包括开料、内层干膜、黑化和棕化、层压、钻盲埋孔、 沉铜与加厚铜以及第二次内层干膜等步骤。

根据压合和激光打孔次数,HDI 可以分为: (1) 一阶 HDI:通过盲孔连接内部层和表面层,复杂度和互连能力较低, 仅需要一次外层铜箔压合。整体来说即经历了一次初步基材压合、 一次钻孔、一次外层铜箔压合及一次激光钻孔(镭射)的过程 (2) 二阶 HDI:除了连接内部层和表面层外,还增加了埋孔连接,可以 实现更高的布线密度和更复杂的电路设计。整体需要两次外层铜箔 压合(即两次外层铜箔压合、两次钻孔及两次激光钻孔-镭射的过程), 以盲埋孔的八层板为例,需要先对 2-7 层板进行压合,2-7 层的通孔 埋孔做好,再加 1 层和 8 层进行压合,打 1-8 层的通孔,做成整板。 (3) 三阶和四阶 HDI:原理与二阶类似,但增加了外层铜箔压合和激光 打孔次数,使得线路密度更高。 (4) 任意阶 HDI(AnyLayer)和类载板 SLP:任意阶 HDI 进行分层激 光打孔再逐层压合,具有最复杂的线路密度和工艺难度。SLP 技术 则是在 Anylayer 的基础上采用了改进半加成工艺(mSAP),使得最 小线宽和间距更为精细。

四阶及以上的 HDI 的制造难度将会显著提升。高阶 HDI 在层间对位精度方 面挑战更大,因为在多次压合和激光钻孔过程中,对位不准确会影响电路的 性能和可靠性。同时盲孔和埋孔的制作需要高精度的设备,且成本较高。特 别是盲孔,它们连接外层与非相邻的内层,增加了制造的复杂性;此外,制 造过程中的激光钻孔需要精确控制,以确保孔的质量和一致性,特别是在深 孔和微孔的制作中。激光能量控制至关重要,能量过大会击穿铜层,能量太 小则可能出现残胶而导致互联失败;以及在电镀填孔方面,在将导电材料填 充到钻孔的过程要求严格的质量控制,任何缺陷都可能影响电路的性能。

下游对于高阶 HDI 产能的需求增速更快。伴随着 AI 数通、汽车智能化的 渗透,线路密度进一步增加,需要更高阶 HDI 保证在有限的空间内实现更 高的功能集成度和性能。因此高阶 HDI 增速更快,三阶 HDI 及以上的产品 占比预计将从 2021 年的 40%提升到 2026 年的 45%。

高阶 HDI 产品对产能消耗更大,产品稼动率及盈利能力有望进一步提升。 依据 HDI 的生产流程,相同面积的 HDI,如果阶数越高,其次外层加工环 节的重复次数越多,所占用的压合、钻孔、镭射等工序产能至少是翻倍以上。 面对高阶 HDI 的需求提升,HDI 产能利用率和产值都有望显著提升。同时 由于良率要求高以及产能趋紧,在产品盈利能力方面也有显著提升。

1.3. 上游材料:CCL 进一步迈向高速高频低损耗

以 AI 算力为代表的产品,对 HDI 板规格要求升级,也要求上游覆铜板 CCL 满足高速高频低损耗性能。CCL 是 PCB 的上游材料,主要承担导电、绝缘 和支撑三大功能。高速 CCL 材料按低介电损耗从大到小可以分为 STD Loss、 Mid Loss、Low Loss、Very Low Loss、Ultra Low Loss、Super Ultra Low Loss 等级。

服务器平台升级带动 CCL 材料规格升级。为降低两节点间的传输损耗,保 证信号的完整性,则需降低由低介电损耗决定的位距离传输损耗。因此高传 输速率倒逼 CCL 高速化,参照联茂电子资料,PCIe 3.0 采用 Mid Low 级别 CCL,PCIe 4.0 则需要 Low Loss 级别 CCL 材料,未来 PCIe5.0 采用 Very Low Loss 以及 Ultra Low Loss 级别的材料。而例如当前英伟达 NVlink5.0 传输速 率更高,因此需要更高等级 CCL 材料实现高频高速和更低损耗等性能。

参照高速 CCL 的供给端格局,中国台湾企业和日本占领主要份额,大陆企 业生益科技积极布局追赶。参照台光电在其简报上援引 Prismark 的数据, 高速 CCL 目前主要由台光电 EMC(份额 28.4%)、联茂 ITEQ(份额 18%)、 台燿 TUC(份额 16.3%)以及松下 Panasonic(份额 10.6%%)供应。国内企 业生益科技目前在高速中份额达到 4.4%左右,其积极配套国内和国际 AI 龙 头,高端产品布局深厚,客户导入推进顺利,未来有望持续放量。

2. 需求端:AI 算力与汽车智能化拉动 HDI 快速增长

2.1. AI 服务器:高集成度与互连结构复杂化,推动 HDI 需求加 速提升

HDI 板是服务器 PCB 中增速最快的品类。根据 Prismark 数据,2023 年全 球服务器及相关系统组件的 PCB 市场规模约为 51.77 亿美元,预计未来将以 9%的增速增长至 2028 年的 79.74 亿美元。AI 服务器主要涉及 GPU 主 板、OAM 加速卡、网卡板等 3 块产品,未来均有望升级到 HDI。根据 Prismark 预计,2023-2028 年 HDI 的 CAGR 将达到 16.3%,是增速最快的品类。 基于 AI 服务器高频高速信号传输、芯片高集成度、复杂互连结构以及高效 散热的需求,PCB 规格要求显著提升,高端 HDI 用量增加。过去服务器 PCB 主要以多层通孔板为主,目前 AI 服务器出货量快速攀升、技术复杂度 显著提升。以英伟达 AI 算力芯片为例,从 A100 到 H100 到 B100 和 GB200 的方向,其芯片在面积、连接方式、带宽及内存容量方面都有显著提升。 GB200 不仅在计算能力上达到了 H100 的 30 倍,而且在内存和带宽方面也 大幅超越前代产品,PCB 规格要求更高。 (1) 高频高速传输需求,PCB 材料进一步升级到 M7 以上:GB200 NVL72 采用了先进的 NVLink 全连接技术,每个 Blackwell GPU 通 过高速铜缆连接到背板,实现高达 900GB/s 的双向带宽。高速信号 传输要求 PCB 必须具备更高的材料质量和更精细的制造工艺,以减 少信号串扰和确保信号完整性。 (2) 复杂互连结构:GB200 NVL72 使用了复杂的背板连接器和 OverPass 跳线电缆来解决 PCB 上高频信号的串扰问题。GB200 NVL72 采用 NVLink5.0,带宽达 1800Gbps,传输速率大幅提升,更适合使用信 号传输速率更高的 HDI。通过使用 HDI 板与微孔结构搭配,NVLink switch 模组板这种复杂的互连结构要求 PCB 在设计和制造过程中 具备更高的精度和可靠性。 (3) 芯片集成度提升,提升系统效率和降低能耗:GB200 芯片由两个 B200 GPU 和一个 Grace CPU 组成,这种组合方式显著提高了芯片 的计算能力和集成度。每个 B200 GPU 包含约 2080 亿个晶体管,集 成度极大提升。同时为了实现更低的功耗和更高的效率,GB200 NVL72 采用了液体冷却技术。这要求PCB 不仅要支持高效的散热, 还要在高温环境下保持稳定性和可靠性。

HDI 在功能集成和空间利用上具有明显优势,GB200 NVL72 中对高阶 HDI 板用量进一步提升。HDI 可以提高布线密度、提高空间利用率和散热效果, 并且具有更高的可靠性,可以更好满足 AI 服务器中的规格要求。以 NVIDIA GB200 NVL72 系统为代表的产品加大 HDI 用量。GB200 NVL72 由 18 个计 算托盘(Compute Tray)和 9 个交换托盘(Switch Tray)组成。每个计算托 盘包含两个 GB200 超级芯片,包含 2 块主板、1 块中间板、4 块网卡板、1 块 DPU 板,其中主板、网卡板以及 DPU 板均采用高阶 HDI 方案;在每个 NVLink 交换托盘中包含 1 块 NVLink 交换机模组板(高多层或者 HDI 方 案)。

2.2. 汽车:智能化带动规格升级用量提升

HDI 相较多层板具有微型化和高密度的特点,具有更高的信号传输优势, 适用于自动驾驶系统、驾驶辅助设备、车载雷达和车载娱乐系统等。伴随着 汽车产业电动化、智能化的持续推进,汽车电子 PCB 行业的产品结构进一 步升级, HDI 板、FPC 以及高频板占比提升。智驾系统多采用 HDI 板, 激光雷达的技术要求最高,要求分辨率高、抗干扰能力强和体积小等,主要 使用 HDI 板;摄像头主要使用硬性板或刚挠结合板。同时,由于汽车智能 化程度升级,HDI 逐步从 2 阶/3 阶,向 4 阶及以上进行升级,以满足复杂 的传感器和控制器需求。

汽车 PCB 中 4-8 层板占比逐步降低,HDI 和 FPC 占比提升。根据 Trendforce, 从汽车 PCB 的类型来看, 2023 年 4- 8 层板将占汽车 PCB 总量的 40% 左 右,到 2026 年将下降到 32%。HDI 板的比例预计将从 15% 增加到 20%, FPC 板的比例将从 17% 增加到 20%。此外,厚铜板和射频板的比例将从 8% 和 8.8% 分别上升到 9.5% 和 10.8%,而低价单层和双层板的比例预计 将从 11.2% 下降到 7.7%。

汽车 PCB 市场份额分散,国内企业多点开花。根据 Prismark 数据,汽车 PCB 整体市场格局分散。国内企业景旺电子、世运电路占比逐年提升,2023 年份 额分别为 6.61%、3.82%。尤其是其在汽车 HDI 布局深厚,同时与汽车大客 户合作多年,未来有望受益于汽车智能化浪潮。

国内厂商积极扩产,客户壁垒为核心竞争力。车用板认证门槛高,订单确定 性、盈利性更好:整车用安全件搭载的车用板认证门槛较高,区别于以往消 费电子用板,大规模化供应要求专线专供,海外 Tier1 及整车厂一般认证周 期 2-3 年,国内 TIER 1 及造车新势力一般 2 年,车载媒体用车用板很多为 后装市场一般认证周期 1.5-2 年。进入下游核心供应链,不出问题情况下订 单周期长达 5 年以上。在认证周期较长的情况下,已经在汽车大客户实现量 产出货或者通过认证的企业、以及有着优质客户资源的企业在行业内竞争优 势明显。在汽车 PCB 领域,我们看好国内在车载领域积累多年、技术领先, 已经导入大客户的企业。

3. 供给端:国内企业加速布局

在 HDI 市场上,欧美和中国台湾厂商目前占据主导地位。根据 Prismark 数 据,全球前四的 HDI 厂商包括华通 Compeq(中国台湾)、奥特斯 AT&S(奥 地利)、TTM(美国)和欣兴 Unimicron(中国),份额分别为 10%、7.7%、 6.7%、6.6%。中国大陆 HDI 相关布局厂商包括沪电股份、深南电路、胜宏 科技、生益电子、鹏鼎控股、方正科技、景旺电子、世运电路、崇达技术、 超声电子、广合科技等,积极布局高端产品。

沪电股份:公司 HDI 主要应用于数据中心和汽车领域。根据公告,数据中 心领域,其 GPU 类产品已通过 6 阶 HDI 的认证,其积极扩展其在 AI 数据 中心配套高端 HDI 电路板的高需求。在汽车领域,2024 年公司毫米波雷达 板、采用 HDI 的自动驾驶辅助以及智能座舱域控制器、埋陶瓷、厚铜、p2Pack 等新兴汽车板产品市场持续成长。 胜宏科技:目前公司 HDI 主要集中在数通领域。其 5 阶和 6 阶 HDI 产品 已经大批量量产,服务于高端 AI 数据中心的算力产品。针对高速通信设备 和 AI 服务器的需求,其已经布局了高多层精密 HDI 5.0mm 厚板的生产线, 以及大孔径盲孔填孔能力与超薄芯板能力建制,为下一代高速通信设备和 AI 服务器讯产品的研发打下坚实的基础。 深南电路:公司 HDI 集中在消费电子、数通、汽车等领域。公司技术能力 优秀,目前高阶 HDI 供应头部汽车 Tier1 客户、头部算力客户以及高端消费 电子产品中。

生益电子:公司 HDI 集中在数通以及汽车等领域。生益电子最早从美系厂 商 TTM 国内工厂剥离出来,北美客户基础深厚。目前公司积极对接国际 AI 大客户自研 AI 服务器,涵盖 HLC、高阶 HDI 等诸多产品。 鹏鼎控股:HDI 产品主要集中在消费电子产品中,同时汽车 HDI 以及 AI 服 务器 HDI 均在逐步起量。公司技术实力强大,目前出货主要以高端消费电 子的高难度 HDI(Anylayer 以及 SLP)为主,同时在超薄 HDI 产品中技术 实力领先。其目前加速布局算力领域,加强厚板高阶 HDI 的制造能力。 方正科技:公司 HDI 主要包含在消费电子 HDI 以及光模块 HDI 产品等。公 司 F3 工厂针对 HDI 产品进行技改,同时在 F7 工厂进一步投入二期高阶 HDI 项目,根据公司公告,二期高阶 HDI 项目规划设计产能为月产 11.5 万平方英尺,预计投资为 6.896 亿元人民币。同时其积极布局泰国高多层 和 HDI 产品,完善供应链保障体系。 景旺电子:HDI 产品主要集中在汽车、光模块等领域。公司客户涵盖海内外 Tier1 和整车客户,包括汽车雷达板,域控等。同时积极布局光模块 HDI 产 品,未来有望进一步放量。

世运电路:HDI 产品主要集中在汽车领域。公司与国际智能汽车 T 客户合 作深入,未来伴随着智能驾驶的进一步渗透,智驾相关的 HDI 产品有望进 一步放量。


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