汽车电子PCB:下一场盛宴

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  汽车电子市场一直以来是继电脑、通讯之后PCB的第三大应用领域。
  作为汽车电子基础的PCB,也将因此而获得极大的发展潜力空间。
  建议国内PCB厂商抓住机遇加速开疆拓土,去分享汽车电子市场成长带来的收益。
  当前,全球经济复苏乍暖还寒,PCB产业竞争加剧,在消费类电子产品增长乏力之际,PCB厂商纷纷布局非3C领域,以多元化产品线探索企业稳定增长潜力。汽车电子市场,成为行业共同关注的焦点之一。
  信息网络时代的汽车,已不仅仅是一种代步工具,更是生活及工作范围的延伸:听广播、打电话、上网、看电视;导航、防盗、语言识别、图像显示、娱乐……汽车步入多媒体时代,也更为智能化——这一切都源于汽车电子技术的应用及发展。随着中国汽车产业迅猛发展,全球汽车电子产能持续向中国转移,加上中国本土汽车电子企业的崛起,中国汽车电子产业近年来发展迅速。
  未来几年,随着国民经济的不断增长,消费者因日常活动范围增大而产生的汽车需求将不断增强;在国家政策层面,新能源汽车被列入国家加快培育和发展的七大战略性新兴产业,预计汽车电子行业的增长潜力还将得到进一步释放。汽车电子产业的蓬勃发展带来了下游配套零组件市场的强劲需求,必将成为我国PCB产业积极寻找和切入的一片新蓝海。
  国内汽车电子产业渐入佳境
  汽车电子行业是将电子信息技术应用到汽车所形成的新兴行业。据美国研究咨询集团Strategy Analytics发布的最新汽车电子研究报告显示,全球汽车电子市场规模保持2002 年以来平均8%的增长速度。2010年,全球汽车电子市场规模达到1350 亿美元,同比增长7.14%。2011年,全球汽车电子市场规模达到1445 亿美元,同比增长7.04%。2012年,全球汽车电子市场规模达到1506 亿美元,同比增长6.9%。
  在过去的几年中,中国汽车产业的发展环境日益完善,国民经济持续快速发展,居民家用汽车消费快速增长。在经历了去年1800万的销量之后,中国汽车市场一跃成为世界上第一大汽车市场。随着汽车电子产品在我国的广泛普及,汽车电子装备的不断上升为中国汽车电子市场带来了发展机遇,使得中国汽车电子市场整体增速高于汽车产业。数据显示,2010 年,中国汽车电子产品销售额达到2198.2 亿元,同比增长26.4%。2011年,其销售额突破2600亿元,同比增长18.4%。2012年,中国汽车电子产品销售额达到2990亿元,同比增长15%,2013年将达到3300亿增长率达到12%。
  不难看出,目前中国汽车电子行业具备良好的发展前景,普遍预计中国汽车市场仍将保持稳定快速增长,到2017年销量将接近3000万辆。中国汽车市场的高速增长促成了中国电子汽车市场规模的成倍增长,采用车载计算机作为平台,将车载通信、导航、视听娱乐、网络控制等集成为一体化多媒体信息系统是该领域的市场发展趋势,由此引发的全球汽车电子市场重心向中国转移给国内的电子汽车行业带来了巨大机遇和挑战。
  展望2013,消费者对汽车电子产品的热情依旧,整车的电子设备普及热潮依然没有消退,国内汽车电子市场处于高速增长期,市场对波动和风险有较强的抵抗能力。
  未来几年,中国无疑将会成为全球汽车电子市场增长率最快的国家,并且随着国内消费水平的不断升级,将为汽车电子市场提供广阔的发展空间。除了原有汽车电子产品处于增长期或成熟期,市场渗透率在不断提高,新的汽车电子产品如夜视系统、泊车辅助系统、防撞预警系统等也在不断涌现,进入市场导入期,开始装备在豪华高端车辆上,相信不久的将来随着技术的成熟和成本的下降,这些新的技术也将普及,进入高速增长期,成为推动汽车电子市场发展的主力。
  汽车电子行业的发展趋势
  1. 智能化成为主要发展趋势,新技术不断涌现。
  随着汽车电子技术的发展,汽车智能化技术正在逐步得到应用,这种技术使汽车的操纵越来越简单,动力性和经济性越来越高,行驶安全性越来越好,车载产品从功能化向智能化转变是发展趋势。
  智能汽车的实现必须以众多高端前沿技术为前提,譬如通过GPS对汽车定位并指出行驶路线,利用各种视觉和超声波传感器精确探测周围的行人或障碍物,利用无线通讯判断车与其他交通设施的关系,通过人工智能做出判断并自动执行各种转向、加速、停车等命令。智能汽车技术的发展,使汽车逐步进入车联网时代,车联网实际是把互联网和以车为主体的物联网结合在一起的新网络。
  越来越多的汽车企业开始将车联网技术应用到汽车上。2009年,上海通用汽车推出安吉星Onstar车载服务,为用户提供碰撞自动救助、全程音控导航、被盗车辆追踪等11项服务;2012年,上汽集团推出的“互联网汽车”荣威350,搭载了智能网络行车系统InkaNet,依托中国联通WCDMA 3G网络,实现信息检索、实时路况导航、电子路书、股票交易和社群交流等互联应用。
  2. 汽车电子应用领域全面扩展,新应用层出不穷。
  从应用趋势来看:节能、环保、安全、舒适、个性化成为汽车电子应用的发展趋势,汽车电子的应用将扩展到广阔领域,也对汽车电子企业的技术创新能力提出更高要求:
  (1) 位置和通信(连接性)是未来的两项基础服务:要求企业必须建立GPS、北斗等位置获取技术能力,必须建立BT、GSM/3G/4G 等无线通信技术能力。
  (2) 安全和环保是未来的两项基本保证:要求企业必须建立V2V(汽车与汽车之间)、V2I(汽车与基础设施之间)及总线等低延迟通信技术能力,必须建立大数据收集、处理、分析等大数据应用(云平台)能力。
  (3) 增值服务和创新应用(App)将层出不穷。要求企业必须建立技术创新机制和组织快速响应能力,必须建立跨学科跨领域的技术资源整合能力,必须建立面向用户的驾驶行为和消费行为分析能力。   3. 汽车电子行业走向开放融合,竞争更为激烈。
  进入21世纪更多电子厂商加入到汽车电子领域,如研发应用通信、传感、电池技术等),并与汽车厂商结成了全球范围内的紧密联盟,如AUTOSAR、JASPAR 联盟等。随着智能手机技术的发展,移动通信进入汽车,汽车厂商引入Google公司的开发技术平台,使IT厂商快速进入汽车电子领域(如华为等)。
  上述两种趋势几乎同步发生,快速推进。IT企业的加入,汽车电子化的发展逐渐打破了独有技术规格的壁垒,汽车电子业从封闭世界走向开放世界,汽车电子领域的竞争更加激烈;汽车整车厂与汽车电子厂联系更加紧密、范围也更广。
  4. 产业转移不断深化,中国仍是转移重心。
  从空间发展来看,全球汽车和汽车零部件制造向中国转移的趋势并未改变,中国将成为全球汽车电子产品产销大国,汽车电子研发也逐步向中国转移。
  中国汽车产业的发展一直是由内需驱动,随着经济的不断发展,中国将进入较长的一段汽车消费期,汽车内需仍将保持旺盛,为产业发展提供市场保障。中国广阔的市场吸引国内汽车电子厂商投资的持续增加,以在中国市场中取得一席之地。这种情况下,本土汽车电子厂商将面临更激烈的与国际厂商的竞争,从中国汽车电子市场品牌结构图上看,前十大品牌只有深圳航盛一家本土企业,其余均为国际厂商。本土汽车电子厂商面临如此恶劣的市场形势,无怪乎有人讲“中国汽车电子产业到了唱国歌的时候”。
  PCB在汽车电子产品中的应用
  汽车电子市场一直以来是继电脑、通讯之后PCB的第三大应用领域。随着汽车从传统意义上的机械产品,逐步演化、发展成为智能化、信息化、机电一体化的高技术产品,电子技术在汽车上的应用已十分广泛,无论是发动机系统,还是底盘系统、操纵系统、安全系统、信息系统、车内环境系统等都无一例外地采用了电子技术产品。汽车电子显然已经成为一个焦点,汽车电子的发展,自然地带动了汽车用PCB的发展。
  按照业内的划分标准,汽车电子产品分为车体电子控制系统(Electronic Control Systems)和车载电子装置(Electronic Devices)两大类,前者主要用于机械操作功能的改进,包括电子燃油喷射系统、制动防抱死控制、防滑控制、自动变速器、转向系统等;后者则是为了给汽车提供更多的娱乐、通信及移动办公功能,与汽车的机械性能无直接关系,包括卫星导航仪、车载音响、电视、车载电话、上网设备等。
  上述所有汽车电子产品中都离不开PCB产品,包括各种单双面板、多层板、HDI板、陶瓷基板、软板等。汽车电子分类请见下表1。
  汽车用PCB可以分为四类,如陶瓷板、硬板、FPC板、金属散热板。这些PCB应用在汽车电子的不同功能、不同环境下。汽车用PCB可靠性作为整车可靠性保证的一部分,要求很严格,不仅要求供应厂家通过汽车质量管理体系QS9000认证,还要对其质量控制能力进行极其苛刻的评估。汽车用PCB产品多采用特殊性能材料(如高Tg材料、耐CAF材料、厚铜材料以及陶瓷材料等)进行制作,性能测试一般也有专门要求。
  电子控制系统用PCB,包括动力控制系统和制动控制系统用汽车PCB,汽车上的各种控制传感器、控制仪表、电子开关等,其设计和制程要求具有更高的可靠性,如汽车控制系统,部分关键器件要求进行高达500~2000次高低温循环(车载装置要求200循环)和42V高电压测试(常规12V),对于高压和高温产品,基本都要求使用高铜箔材料和制作工艺,基本铜厚要求在2安士~4安士, (最高要求铜箔厚度达到16安士,且必须采用专用特种散热器);车载用PCB(用于汽车通讯与娱乐方面产品),属于舒适性功能的电子产品,如音响、电视与电话等的印制板,与普通民用消费类电子产品印制板相同,但因其所处环境和使用条件的限制,要求有更高的可靠性保证,其验收水平要求高于普通消费性电子一个等级以上。
  此外,汽车电子领域呈现明显电子化,如接收卫星电波自动寻找方向;发现前方有行驶车辆,自动减速保持一定车距;由传感器读取车道,通常行驶在车道中间等。
  推动这些发展的关键是信息化、网络化、电动化、智能化,其目的是追求环保、省能源、舒适及安全。由于近年HEV (Hybrid车)和FCV(燃料电池车)的出现,加速了汽车电动化,其中的机械运行控制系统也演变为计算机通信的“By-Wire技术”,不需要转向盘即可实现驾驶。这将对印制电路的加工技术和产品性能提出特殊的要求。汽车电子演变,还需要变频器小型化、高温工作动力电子和高电压(14V→42V、100V)、高度传感技术、移动通信、车内LAN等通信技术。这就需要线路板满足其元器件向高速、高频、电流容量增大、小型化发展的要求。
  抢占蓝海 国内企业需修炼
  在汽车机械性能日益接近的今天,汽车电子化程度是衡量现代汽车水平的重要标志。汽车新技术应用中约有70%依赖于汽车电子技术的贡献,是用来开发新车型,改进汽车性能,满足人们对汽车的安全性、舒适性要求,以及实现节能、环保最重要的技术有效手段。尤其是在新能源车中,将应用更多的电子技术及产品。汽车电子技术是汽车技术进步的制高点,是实现汽车产业由大到强转变中的重要支点。作为汽车电子基础的PCB,也将因此而获得极大的发展潜力空间。
  汽车工业是现时技术创新最活跃的领域之一,一大批电子控制产品及系统成为高端汽车的标准配置,并向中低端车辆渗透。目前,中国的汽车成本中,电子自动化产品的比例约为30%,而国际先进汽车企业的成本中,电子自动化产品的比例即将达到60%~80%。以PCB应用的数量来看,目前常规汽车中配有PCB板约计20块,高档汽车中配有PCB板约计40块。中国汽车工业的迅速发展将会刺激我国汽车电子的进一步发展,从而带动汽车用PCB的成长。
  中国汽车电子市场在很大程度上由世界知名汽车零部件厂商德尔福、日本电装、博世三巨头占领;目前国内PCB生产厂家通过这几家公司认证不多(尤其是通过其高端产品认证),且通过认证常需2-4年甚至更长时间,品质控制能力尤其是性能品质保证能力不足为主要影响因素。   我国涉足汽车电子企业多是生产附加值较低产品,如音箱、DVD、倒车雷达、防盗器等,而在高端产品方面,国内几乎是空白。技术含量较高的中高端产品基本都是国外品牌。 汽车用PCB供给方面,国内不少企业早已看到其中蕴藏的无限商机,并先后积极通过QS9000认证,为进军汽车电子行业取得入门券,但目前多数企业生产加工基本以中低端产品为主和少量特种PCB供给,在汽车发动机控制系统如(ECU、EPS、ABS等)基板供给方面相对较少。
  实际上,由于汽车的特殊工作环境、安全性和大电流等要求特点,其对PCB的性能要求很高,这对于PCB企业来说,是一个巨大的挑战。汽车用PCB涉及的PCB技术不仅类型广泛,而且要求异常苛刻。据了解,汽车用PCB特别强调高可靠性和低DPPM(极低的产品不良率)。与一般整机用PCB板产品相比,车用PCB对产品的可靠性要求很高,例如要符合QS9000汽车质量管理体系,一般采用CPK控制,坏频率需要控制在3ppm以下,就目前而言,这个标准对国内众多PCB制造商而言是一道不易跨过的门槛。因此,PCB厂要想在这块大蛋糕前有所作为,必须练好“内功”和“外功”。
  “内功”,即要“提升制程水平”,达到国际一流汽车厂的严格要求。“外功”,即要“选准市场”。同时,从中国汽车电子市场产品的发展趋势来看,车载电子市场应该是中国本土品牌企业大有作为的领域。
  从市场规模来看,车载电子市场潜力巨大,是细分市场中未来几年增长最为迅速的领域。除了市场规模以外,车载电子市场的进入难度也将是吸引企业投入的重要特征。与动力控制系统和底盘控制系统这些核心汽车电子产品相比,车载电子的技术难度明显要小很多,对于想进入汽车电子领域的企业,特别是对技术相对落后的中国本土PCB企业来说,车载电子可以作为其进入汽车电子领域的突破口。因此,企业须根据自身的产品线情况和技术能力,有的放矢,选择适应的目标产品进入应作为考虑的重点内容,切不可盲目贪大求全,否则,将失去企业原有的竞争优势。
  小结
  从2013年上半年的情况看,智能手机、笔记本电脑等消费电子产品市场市场增速下滑,更多厂商把目标转向汽车电子PCB。摩根士丹利证券指出,PCB族群中的健鼎切入车用电子载板有成,其车用PCB未来三年将跑出年复合成长率25%的佳绩。部分台厂积极切入车用PCB,正是鉴于智能手机成长动能减弱,PCB厂若对智能手机业务依赖太深,加上笔电、PC产业持续处于弱势,未来获利成长性恐大受侵蚀。
  虽然中国汽车电子行业起步晚,同时也存在种种问题,但成长迅速大有可为。蓬勃发展的中国汽车市场需要汽车电子,而汽车电子更离不开汽车用的PCB。中国汽车电子PCB这块市场看起来征途漫漫,但面对巨大的消费市场和良好的市场预期,建议国内PCB厂商抓住机遇加速开疆拓土,去分享汽车电子市场成长带来的收益。
  参考文献:
  《发展汽车电子 推动线路板企业经营》高成 SPCA产业论坛 2013.8
  《汽车应用要求PCB企业提升过程控制能力》唐艳玲《中国电子报》 2007.1
  《PCB与汽车的发展》陈诚 《印制电路信息》 2007.8
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