中国印制电路板用垂直连续电镀设备状况

王龙基

中国电子电路行业协会（CPCA）名誉秘书长

《印制电路信息》杂志社 社长

高级工程师 客座教授

0 前言

在电子信息产业中，集成电路芯片是一级组装；手机、计算机、电视机、摄像机、计算器等都属于三级组装；印制电路板（PCB）为二级组装。PCB起着承上启下、至关重要、不可替代、不可或缺的作用。哪里有电子产品、哪里有信息化、哪里有智能化，哪里就一定有PCB。以印制电路板为主体，包括覆铜箔板CCL等原辅材料、专用设备和仪器仪表以及装联（SMT）合称为电子电路行业。

中国的电子电路起步于上个世纪五六十年代，从无到有、从小到大、上个世纪八十年代初，中国彩色电视机国产化项目的成功，使得我们行业得到迅速的发展。2006年世界PCB总产值中中国大陆占27%，日本为26%，我们位居全球第一，并逐年增加，一直保持全球第一。

根据CPCA信息中心的资料：2018年全球PCB市场规模为624亿美元，中国占52.4%约为327亿美元；2019年预测为613.11亿美元，中国占53.7%，约为329.42亿美元；预计2023年中国PCB产值405.56亿美元，全球747.56亿美元，中国占比54.25%。

这种情况正应了我们工信部苗部长讲的：世界制造业分为四个阶梯，第一层研发创新是美国，世界70%诺贝尔获奖者在美国工作；第二层高端制造业是欧盟和日本；第三层 中低端制造业中有我们中国；第四层是出售石油、矿产资源的国家和地区。

中国的电子电路行业现在是大而欠强，要迈向世界先进行列，需要解决三个瓶颈：PCB的自主研发创新能力；高端专用原辅材料的国产化；高端专用设备的国产化。

高端专用设备的国产化中电镀设备是一个重要的关键。

1 中国电镀产业概况

中国电镀产业的发展从20世纪80年代后开始，邓小平制定的打开国门、和平共处、改革开放、民富国强的国策后，中国经济和制造业稳定增长为电镀行业的发展奠定了良好的基础。中国通用五金电镀广泛应用于制造业各领域，在机械、电子、汽车、航空航天、信息产品、设备制造、五金家电等许多行业都有着广泛而不可替代的应用。由于电镀属于一种应用广泛的成熟技术且在较长时期内较难被其他工艺技术所替代，电镀的技术工艺和市场需求相对稳定（见图1）。

图1 2013～2018年中国电镀行业加工面积

根据中国电镀年鉴估算，2018年中国约有电镀加工产线（主要用于通用五金电镀）为4.11万条，同比增长7%（见图2）。

图2 2013～2023年中国电镀设备需求

中国电镀业根据下游应用领域的不同，分为通用五金电镀和PCB电镀。通用五金电镀是机械、汽车、航空、航天等传统行业的重要加工环节，是中国电镀产业的基础；PCB电镀主要用于PCB的生产制造，它随着我国电子信息产业发展和全球PCB产业中心向亚洲转移而逐渐发展壮大。

电镀装备是PCB生产过程中的核心装备。随着5G技术的发展和PCB产业的升级，PCB的附加值逐渐由掌握“材料技术”和“核心工艺”的公司共同分享。高频高速PCB加工时要进行阻抗控制和阻抗匹配，且涉及PCB的线宽、线厚、孔径孔数、对位精度等多项指标的考核，每道工序的加工难度都较以往大幅提高。高速板加工的核心工艺在层压、钻孔、电镀等环节，电镀工艺对PCB性能有关键性的影响。

1.1 PCB电镀设备的主要产品类型

电镀是许多行业都不可或缺的重要工序，电镀设备是一种定制化的泛用性设备，PCB电镀由于形状、规格和镀种不同而有多种电镀设备。市场上PCB电镀设备主要有：传统龙门式电镀设备、升降式电镀设备和水平式连续电镀设备、垂直连续电镀设备。

从产品发展来看，在PCB电镀设备发展早期，PCB电镀加工由龙门式电镀设备完成。龙门式电镀设备不仅是PCB制造的专用设备，因而具有加工范围广泛、工艺系统完备的特点。但由于传统式龙门设备精度较低体放大，且整个加工过程需要暴露在空气中，对环境和生产安全的影响较大，随着PCB产品对功能性的需求逐步提升，加之PCB厂商对环境和生产安全的重视，龙门式电镀设备在PCB制造中的使用逐渐被高精度、更安全清洁的PCB电镀专用设备所替代。

在2013年以前，中国中高端电镀专用设备普遍被进口设备垄断。进口电镀设备通常采用垂直升降式加工的方式，电路板通过水平传动装置牵引在同一制程的槽体内水平或垂直移动，在不同制程环节中需要通过垂直传动装置切换槽体和工艺制程。进口垂直升降式PCB电镀设备提升了电镀精度和生产效率，但由于价格很高，在国内制造企业中的普及度相对较低。

随着国内垂直连续电镀设备（VCP）的研发和问世，该设备创新性的解决了传统龙门式设备在批量PCB电镀生产中精度差、清洁性低、易出现跑昌滴漏，安全隐患多的问题，在提升电镀品质的同时极大地简化了设备结构，实现了清洁安全生产。VCP设备的诞生突破了进口垂直升降式电镀设备在高端PCB专用电镀设备市场的垄断，凭借其在生产效率、产品品质、设备特性和设备价格的优势，正逐步成为PCB电镀专用设备的主流产品。

1.2 高端电镀行业技术水平

随着下游电子设备和PCB产品的持续发展，多层板、小孔径、高孔径比PCB、挠性板、超薄板等高端PCB产品的市场需求不断提高。在高端PCB电镀领域，为了实现PCB厂商对集成化、小型化、高频化的产品品质需求，其电镀设备需要满足以下要求：

■电镀厚度要求：镀层需具有一定的厚度才能使安装后的PCB性能符合最终制成品的品质和性能需求。

■电镀层结合力要求：镀层要求良好的附着性能。

■电镀层均匀性要求：镀层需要均匀，才能确保蚀刻后产品的线路品质。均匀的电镀层是实现精细线宽/线距和通讯讯号高效传输的重要因素。

■高厚径比能力要求：高厚径比的孔电镀难度较大，只有孔内镀层具有足够的厚度和均匀度才能保证孔导通可靠性和信号传输稳定。

为了实现上述电镀板的性能要求，电镀设备从设计结构上需要具备以下功能：

■稳定传动能力：电路板在传动系统的带动下稳定传动，顺利实现基板在装有不同液体的槽体内完成电镀过程。

■电流均匀分布能力：电镀过程中电流在板面的分布是影响镀层均匀性的重要因素。

■合适强度的液体扰动能力：液体扰动是加速电镀反应过程，提升镀孔能力和镀层均匀度的重要因素。

■保证电镀效率需要对槽体内液体扰动达到一定的水平。

与此同时，随着可持续发展理念的逐步深入，电镀生产过程中的环保节能的清洁化生产和自动化智能化的安全生产需求逐渐提高，这就对生产设备提出了日益严格的环保和安全性要求：

■节能环保：符合国家和行业的相关规章制度要求。

■安全生产：降低消防和意外事故隐患，提升自动化生产和智能检测能力，降低操作和维护难度。

■循环利用：在生产中保持溶液成分稳定，连续生产。

为了保证成品质量，印制电路板生产对电镀铜加工环节的质量要求越来越高。相比传统的电镀铜加工设备，VCP设备具有批量生产效率高、产品质量不仅稳定而且好、节能降耗清洁生产、自动化节省人工、操作和维护安全简便等优点，越来越多的印制电路板厂商选择使用VCP设备实现印制电路板的批量生产，以达到线路板表面镀层厚度均匀，填孔精准、生产安全性和清洁性高等生产目标。在PCB的批量生产中，VCP正在替代传统电镀加工设备，成为PCB生产电镀铜环节的主流设备。

2 中国VCP市场状况

2.1 现有状况

从VCP产量来看，受PCB行业增长和替代传统生产设备等影响，中国VCP设备产量保持了快速稳定的增长。根据CPCA市场分析推算，2018年中国VCP产线新增数量约328条。预计到2023年，应用于现存PCB需求生产的VCP设备新增产量将达到505条（见图3）。

图3 2013～2023年中国VCP产线产量

受政策影响和下游市场的推动，2018年中国VCP设备市场规模约13.41亿元，2017年和2018年VCP市场增速明显。保守预计到2023年，中国VCP设备市场将保持16.3%的年均复合增长，市场规模将达到23.78亿元（见图4）。

图4 2013～2023年中国VCP市场产值规模（万元）

2.2 设备替换需求

随着中国经济的迅速发展，许多行业对电镀的需求不仅越来越多而且质量要求越来越高。据悉，全国电镀行业的用水量及用电量和印制电路板PCB的耗量相近，但产生的经济效益（产值）仅为PCB的十分之一。其重要原因之一应该是电镀行业中的企业大多规模较小，普遍采用传统的龙门式设备。

近年随着中国PCB迅速发展和提升，多层板、HDI板、挠性板和IC载板产量的增加，很多企业对VCP的需求尤其是对中高端VCP需求的猛增。5G的技术变化使得PCB制程要求更高，5G要达到高速率、多通道、大容量的标准，数据链路将更复杂、I/O（输入/输出）量更大，背板则要更高层数、超大尺寸、超大厚度、超多孔数和超高可靠性，工艺难度要比4G高很多。

从PCB制造工艺来看，目前市场主流的多层板、HDI板及封装载板等先进电路板构造复杂。高频高速PCB加工时要进行阻抗控制和阻抗匹配，且涉及PCB的线宽、线厚、孔径孔数、对位精度等多项指标的考核，每道工序的加工难度都较以往大幅提高。

目前，市场上留存的大批龙门式电镀设备存在低效、生产品质不稳定、污染大等问题，从VCP与龙门式电镀设备各项指标对比来看，龙门线已经无法满足多层高频高速PCB板的工艺要求和PCB板批量生产下的高良品率要求。近年来，为了满足PCB生产集成化、小型化、高频化的产品品质需求，PCB厂商开始使用VCP设备代替传统的龙门线。

VCP电镀设备不仅能满足更高标准的电镀层厚要求、均匀性要求、高纵横比板电镀品质要求，在大批量PCB生产制造中，具备生产效率高和产品稳定性好等特点，而且它还能帮助PCB厂商有效降低制造成本，大幅提高PCB制造过程中的安全性和环保性。目前，VCP电镀已经发展成为PCB电镀的主流设备。未来，5G技术发展将推动PCB产品的不断升级，VCP设备作为一种创新型的PCB电镀设备，因具备高效率、高稳定性、低成本、清洁环保等特点，将加速实现对传统龙门式电镀设备的替换（见图5、图6）。

图5 VCP在中国PCB电镀设备的占比情况

图6 中国VCP对传统龙门线设备替换需求（条）

3 VCP市场发展趋势

3.1 中国高端VCP设备进入全球市场

未来3～5年，中国VCP市场将受到以下几个方面因素的影响，第一，来自中国高端VCP设备对全球市场的替代需求；第二，PCB产业升级带来的VCP设备升级和对传统电镀设备的更新需求；第三，5G技术带动高端VCP设备需求的提升；第四，VCP设备在新兴高端应用领域的拓展。

随着国产设备企业不断的自主技术研发和创新，部分电子电镀设备企业已经具备了行业领先的技术水平和创新能力，可以自主研发和生产出高效能、高品质、清洁化的电镀加工设备。这些国产设备不仅打破进口设备对中国市场的垄断，成为中国PCB电镀加工的主流制造设备，并以其性能和价格的优势逐步进入海外市场。

未来3～5年，中国VCP设备有望替代全球市场15%的市场份额，其中一大部分来自于东南亚、日本、马来西亚、泰国、越南、韩国等市场，欧洲市场主要来自意大利、德国、瑞士、西班牙等地区，同时中国高端VCP设备企业也将逐步承接国内PCB企业走向全球的战略布局。

3.2 中国PCB是高端VCP设备的重要用户

根据中国电子电路行业协会信息部的资料可知，预计2023年中国仍将是全球PCB主战场，中国PCB产量占全球比重将达到73%，产值占比达到54%（图5）。随着国内大型PCB企业在全球市场的布局，中高端PCB制造向东南亚等地区逐步转移，未来几年，中国高端VCP电镀设备将逐步走向全球市场，参与全球市场竞争（见图7）。

图7 中国PCB占全球比例

3.3 5G技术带动中高端VCP设备需求

据CPCA统计数据及预测，2019年全球PCB产值有小幅调整。经过2019年调整后，在5G、云计算、大数据、物联网、人工智能、新能源汽车等领域加速发展的大环境下，后续几年重新进入成长阶段。预计2023年全球PCB产值将达770亿美元，2018～2023年年均复合增长率约为4.3%。受益于PCB产能转移与政策支持，预计中国PCB行业增长速度相对全球较高。汽车、通信基建、消费电子将成为PCB行业增长的主要驱动力。PCB市场的稳定增长保证了VCP设备的市场需求。

据统计，中国上市PCB企业前14家企业，2017年产能约为4105万平方米，预计到2020年产能将达到6604万平方米，2018年至2020年扩产的平均复合增长率达17%，远高于2018年至2023年行业整体4.9%的复合增长率（见表1）。

在下游新兴领域，随着5G技术渗透到各领域，新一代电子产品趋于高效能、高容量、高速及高频化，市场对高速高频PCB产品需求快速增长。新兴高端应用市场，包括高效能计算机、服务器、大数据中心、存储、AI、高端通讯设备、新能源电池、OLED等领域，正刺激多元化高端VCP产品的需求。未来几年PCB厂商有望继续保持较高扩张速度以满足市场的需求，IC载板的市场需求和生产需求将逐渐上升，国内PCB厂家不断向IC载板领域倾斜，这些将进一步带动国内中高端VCP设备需求的提升（见表2）。

表1 中国前14家PCB制造企业扩产计划（根据公开资料整理）

表2 国内IC载板参与者（根据公开资料整理）

4 国内外PCB电镀设备厂家现状

PCB电镀设备的市场参与者主要可以分为大型综合性电镀设备企业、PCB设备企业、以及大型VCP设备企业三类。其中，大型综合性电镀设备企业除了提供PCB电镀设备和中高端传统表面处理设备以外，还提供电镀生产所需要的化学药水及相关产品。PCB设备企业主要提供PCB生产相关的加工设备，包括PCB电镀及前处理设备、显影设备、蚀刻设备等。大型VCP设备企业以VCP产品为主，专注于PCB电镀领域的设备研发和创新。由于PCB产品对镀层的品质要求较高，PCB电镀工艺难度较大，少量掌握核心技术且兼具一定规模的中高端电镀设备企业在PCB电镀领域将占据主导地位。

由于PCB电镀工艺流程较长，高端电镀设备的复杂程度高，核心部件技术含量高，生产与工艺技术创新和产品研发联系紧密，操作和管理难度较大。创新型高端设备从产品设计、试制到批量生产过程中对设备的加工制造和装配的要求也相对较高，因而需要有经验和有实力的设计、技术和制造团队，不断根据下游领域市场需求变化，改进产品品质和性能，创新产品种类并实现生产的有效管理。

从目前的行业发展来看，一些欧洲和日本的电镀设备企业，某些特定高端电子电镀设备以及传统电镀设备技术上，具有领先的技术优势和领先技术产品，并实现了领先技术产品的大批量供应。在这些特定领域，国产高端PCB电镀设备与欧洲、日本的企业还具有一定差距。但随着PCB技术和电镀技术的持续发展，技术差异的节点不断缩小，部分国内PCB电镀设备制造企业已具有一定的国际竞争力，凭借国内首创的垂直连续电镀等技术，其自主研发的VCP系列产品稳定性好、性价比高，在主要性能指标方面已经达到甚至超越国际同类产品水平。一些在PCB行业电镀设备细分领域中的领军企业加强自主创新，不断完善提升设计制造的VCP中高水平的电镀生产线，已向国内规模以上超过百分之五十以上的PCB企业提供了VCP产品，并出口海外，近几年每年都提供给企业一百余条VCP生产线，受到业内一致好评。

中国电子电路行业要奋发图强早日迈入世界先进行列，就必须解决三个主要瓶颈，VCP的提升和广泛使用将是突破专用设备瓶颈的一大举措。

本文得到了龚永林、马明诚、何为等行业专家的支持，谨向他们表示感谢！