挠性电路板FPC专题分析报告.docx
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挠性电路板FPC专题分析报告
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2017年5月
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轻薄灵活,FPC大有可为
轻薄灵活,FPC下游应用日益多元
印刷电路板(PrintedCircuitBoard,PCB)在绝缘基材上,通过蚀刻的方法,按预定导电图形设计形成点到点间的连接导线和印制元件,几乎用于所有的电子产品上,被认为是“电子系统产品之母”。
FPC(FlexiblePrintedCircuit,挠性电路板)作为PCB的一种,又被称为“软板”,以聚酰亚胺或聚酯薄膜等柔性基材制成,具有配线密度高、重量轻、厚度薄、可弯曲、灵活度高等优点,能承受数百万次的动态弯曲而不损坏导线,依照空间布局要求任意移动和伸缩,实现三维组装,达到元器件装配和导线连接一体化的效果,具有其他类型电路板无法比拟的优势。
图1:
各种FPC产品图
图2:
FPC产品技术特点
FPC源于20世纪60年代,最早只用于航天飞机等军事领域。
由于可大大减少重量和体积,可弯曲灵活度高,迎合了下游电子产品轻薄化、灵活化的潮流趋势,因而迅速向民用渗透,逐步由军品覆盖到了消费电子、汽车、工控、医疗、仪器仪表等各个领域,下游应用日益多元,尤其是在以智能手机、平板电脑等为首的移动电子设备中,被大量用于显示面板模组、相机模组、USB排线、按键、侧键、天线、电池等零组件与主板的电路连接。
FPC“以柔克刚”,逐渐在连接功能方面取代硬板,成为新型电子设备中的主要连接配件。
图3:
FPC主要应用领域
图4:
FPC下游应用分布占比
FPC按照基材薄膜的类型可分为PI、PET和PEN等。
其中,PI覆盖膜FPC是最常见的软板类型,可进一步将其细分为单面PI覆盖膜FPC、双面PI覆盖膜FPC、多层PI覆盖膜FPC和刚挠结合PI覆盖膜FPC。
智能手机是FPC应用的主战场,目前智能机中的FPC以双面板为主,而刚挠结合FPC的特性非常契合显示面板、电池和相机模组的需求,是FPC行业未来的发展方向之一。
据Prismark预测,到2021年刚挠结合FPC的产值将达到23.57亿美元,较2016年实现7.1%的年均增长率,成为增速最快的FPC类型。
图5:
PI覆盖膜FPC分类
图6:
2021年各类FPC产值(百万美元)及占比
FPC产业链与刚性PCB重叠度较低,受铜箔价格波动影响较小。
PCB的产业链从上至下依次为“原材料—基材—PCB”:
刚性PCB上游原材料为电解铜箔、玻纤布等,基材为刚性覆铜板(CCL);而FPC的基材则为柔性覆铜板(FCCL),原材料主要由压延铜箔和聚酰亚胺(PI)薄膜/聚酯(PET)薄膜构成,与刚性PCB有较大差异。
2016年由于新能源车爆发,电解铜箔产能被锂电池挤压出现供需翻转,铜箔、覆铜板等原材料进入涨价周期,给刚性PCB带来一定的成本上涨压力。
而FPC原材料与刚性PCB的重叠度较低,不论是压延铜箔还是PI薄膜,国内几乎都没有生产能力,因而受此轮涨价周期影响的程度不大,原材料成本基本保持平稳。
图7:
FPC产业链
FPC行业集中度高,一线厂商格局相对稳定
尽管从整体来看PCB市场较为分散,但细分FPC领域却集中度极高,厂商议价能力较强。
PCB行业竞争激烈,全球有超过2000家厂商,截止2014年底产值过亿的企业数量已多达98个。
据NTI发布的2015年全球PCB制造商百强排名,前10厂商营收合计占比仅为32.2%,市场整体上比较分散。
但在相对高端的FPC细分领域,龙头日本旗胜和台湾臻鼎合计拥有近半数的占有率,排名前10的FPC厂商占据了94%的软板份额,集中度非常高,因此相比普通PCB厂商,FPC厂商拥有更强的话语权和议价能力。
全球一线FPC制造商主要集中在日、美、韩和台资企业,格局相对稳定。
日、
美FPC生产制造起步早,技术水平和生产设备长期处于领先水平,且具有FCCL、压延铜箔、PI膜等全产业链生产能力,引领行业技术发展趋势,占据高精密FPC产品市场;台、韩厂商生产技术及工艺略低于日、美厂商,但由于成本和区位优势,出货量规模更大,尤其是韩厂,受惠于三星、LG等本国电子巨头的崛起,发展非常迅速。
国内在20世纪80年代末才开始出现零星的FPC工艺,研发起步较晚,受到资金、规模、技术储备和上下游产业链的限制,综合竞争力与国际领先企业仍然存在一定差距。
但近年来国内消费电子市场的快速发展带动了本土FPC厂商的规模提升,弘信电子、景旺电子等本土龙头厂商收入进入了全球前20,与外资FPC在制程、叠层等关键技术上的差距也在不断缩短。
2016年东山精密横向收购美国MFLEX,终成FPC唯一中资大厂,为本土FPC产业提供了发展契机,全方位提升本土厂商在全球FPC行业的竞争实力。
图8:
FPC市场集中度极高
图9:
本土厂商各类产品产值占全球比例
图10:
全球主要FPC供应商及其收入(百万美元)
全球产能持续东移,本土FPC加速崛起
PCB产业东迁,中国大陆承接全球产能。
产能转移是大陆电子产业高速发展的主动能之一,PCB产业也不例外。
2000年以前,全球PCB70%左右的产值分布在欧洲、北美和日本。
进入21世纪,由于产业链配套、劳动力和运输成本,PCB产能连同电子产业链一起持续向亚洲地区转移,中国PCB产能迅速扩张,在2006年就超越日本成为全球最大的PCB产能基地,形成了全新的产业格局。
未来欧美和日本的PCB产能预计将持续萎缩,中国大陆将借助地方政府对于中西部持续的投资支持、特有的成本和区位优势,持续提高全球市场占比,预计2016-2020年间以3.5%的复合年均增长率继续领跑,2019年将首次占据全球PCB市场半壁江山。
而在PCB中相对高端的FPC领域,产业转移的轨迹也正在发生。
本世纪初,由于欧美国家的生产成本不断提高,FPC生产重心逐渐转向亚洲,形成了第一次FPC产业转移浪潮,使得具备良好制造业基础及生产经验的日、韩、台湾等国家和地区FPC产业迅速成长。
而近年来,日、韩和台湾同样面临生产成本持续攀升的问题,FPC产业开始了第二轮的转移:
龙头厂商纷纷在中国投资设厂,中国大陆作为主要承接国,再次在产业转移浪潮中深度受益。
当前,本土FPC产值占全球产值的比值不断提升,已从2005年的6.74%提高至2015年的47.97%,预计未来仍能保持近半数的占比。
同时产值结构将有显著变化,大陆FPC总产值中由本土厂商贡献的比例将大幅增长。
据Prismark预测,2016-2021年本土厂商营收可实现7.6%的复合年均增速,占全球FPC总营收的比例将达到近17.0%。
图11:
全球PCB产能东移(亿美元)
图12:
大陆PCB占全球产值比例
图13:
大陆FPC产值占全球比例
图14:
2021年本土FPC厂商营收占全球营收比预测
苹果技术升级或将进一步加速全球产能转移。
当前这一代智能机中,主板所能搭载的元器件数几乎到了极限,要进一步缩小线宽线距,受制程限制已难以实现。
类载板(Substrate-LikePCB,简称SLP)在HDI技术的基础上,采用M-SAP制程,可进一步细化线路,是新一代精细线路印制板。
业内预计苹果大概率会在其十周年纪念机iPhone8中完成类载板的导入。
载板技术若能顺利导入将重构苹果PCB供应链,全球PCB厂商供应链价值或将重新分配:
美日台等龙头厂商将由HDI转向高端类载板,完成产能升级,分享组件价值提升的红利;同时为缓解零组件成本压力,在当前全球产业东移的大背景下,苹果HDI、多层板、FPC订单将进一步向中资优质厂商倾斜,供应链价值面临重新分配。
积极扩产承接全球转移,本土FPC加速崛起。
在中国大陆承接全球产能和下游新兴需求繁荣的双重利好预期下,国内FPC产业进入高速扩张期:
精诚达新建台山工业园,于2012年9月正式投产,月产能达120000m;元盛2015年扩建新的工厂,2形成了年产60000m各类FPC和2.2亿件FPCA的生产能力;景旺募集资金7.4亿用于2高密度、多层、柔性及金属基电路板产业化项目;东山精密收购MFLEX后大力扩产,是目前唯一还在大规模上产能的国际一线FPC大厂;弘信电子拟IPO募集资金7.5亿元,其中5.5亿元用于建设年产54.72万平米的FPC生产线。
另一方面,本土企业也更注重发挥资本市场的力量,近年上市的FPC公司越来越多,如2016年上市的上达,2017年上市的景旺电子和即将上市的弘信等。
上市意味着拥有更加雄厚的资本后盾来优化资源配置,扩大产能,丰富产品线,在激烈的行业竞争中脱颖而出,率先发力深耕客户的优势厂商将享有极大地先发优势。
图15:
国内部分FPC厂商扩产或上市计划
巨头创新叠加汽车电子大蓝海,FPC拥抱新周期红利
FPC领衔多年行业成长,未来增长动能依旧强劲
FPC随iPhone4问世加速普及,未来增长动能依旧强劲。
由于对电子产品轻便性和灵活性的巨大提升,FPC产值自2009年以来持续保持增长势头,2015年更是作为行业仅有的亮点,成为唯一正增长的品类。
尽管由于PC和平板市场萎缩,增速有所放缓,但电子产品轻薄化的趋势叠加新技术和新功能的不断导入,在智能手机等主要下游应用中整机的FPC用量还会持续增加;同时汽车电子、智能可穿戴设备等新兴应用潜力无穷,将为FPC注入新的增长动能。
因此从下游细分需求来看,FPC长期成长的逻辑仍然具备,成长动能依旧强劲:
智能手机:
“量变”切换到“质变”,远未达到天花板。
FPC可用于手机中的OLED面板、LCD模组、相机模组、按键等,整机用量平均在10-12片左右。
智能机市场过去一直是FPC的主要动力,经历了2009-2013年的爆发期之后,逐步进入存量时代,国内市场自2014年开始增速就已放缓,全球市场增速也大幅度跳水。
中国、欧美等换机市场将难以再现2G换3G的规模,手机行业步入下半场。
此时理解智能手机对FPC的驱动作用,需要从“量”的逻辑切换到“质”的逻辑上来,由单纯关注出货量切换到对单机FPC价值的考量。
将2015年FPC的产值按下游细分领域拆分,智能机贡献的产值相比14年仍增长了15.3%,远高于整个FPC的增长率。
智能机虽然在出货量上进入存量阶段,但轻薄化的趋势没有发生改变,新技术新功能层出不穷,带动整机的FPC用量和价值量不断提升,因此在智能手机领域增长空间远未达到天花板。
图16:
国内智能手机出货量(亿台)
图17:
FPC下游成长拆分(百万美元)
汽车:
2016年全球汽车产量已达9497.66万辆,增速为4.5%,根据咨询机构LMCAutomotive发布的世界汽车展望(GlobalLightVehicleOverview)预测,到2020年全球汽车产量将达到10864.85万辆。
FPC因为其固有的可弯折等物理特性,在汽车智能设备中具有广泛的应用前景,伴随汽车市场规模的扩大和汽车电子化程度的提高,FPC在车载智能设备领域的使用量将逐步增加,成为FPC重要市场之一。
可穿戴设备:
可穿戴设备是指可以直接穿在身上或者整合到用户衣服/配件
的便携式设备,包括智能穿戴、智能手环、VR/AR等。
可穿戴设备集各类前沿电子技术于一身,将会是未来数年内PCB乃至电子行业重要的驱动力,有望主导未来的消费电子市场,极具爆发力。
而FPC柔性基板没有增强材料,可弯曲,重量轻,厚度薄;采用柔性电路减少了电子封装和互联点的数目,降低了电子失效的概率,稳定性强;具备较短的热量散发路径能有效改善散热,因而非常契合可穿戴设备的要求,智能手表、智能手环、VR头盔等都在芯片、传感器、整机设计中大量使用了FPC。
可穿戴设备已经成为FPC继智能手机之后又一个重要的应用领域,未来将进一步驱动FPC的成长。
图18:
全球汽车产量预测(万辆)
图19:
全球可穿戴设备出货量预测(百万台)
据Prismark的预计,2021年FPC年产值预计将超过125亿美元,2016-2021复合年均增长率将达3.0%,继续在行业中“拔得头筹”。
图20:
FPC产值预测(十亿美元)
消费电子巨头创新引领,FPC渗透率持续提升
苹果坚定支持FPC方案,开启消费电子软板时代。
软板起初用于碟机的读取头,面板的驱动板等,应用面并不大,直到苹果大量应用才在消费电子产品中逐渐普及。
苹果坚定支持FPC解决方案,在iPhone中使用了多达14-16块FPC,其中多层、高难度的占到70%,整机FPC面积约120cm,ASP(平均销售价格)达到30美金左右;2iPad、AppleWatch等产品中的FPC用量也都在10块以上。
苹果作为全球最大的FPC采购方,占到了全球软板市场近半数份额,因而是软板供应商争夺的主要阵地。
苹果对软板采用全供应链管理,第一梯队是日本旗胜和台湾臻鼎,各自拥有30%左右的份额,旗胜的制程能力强于臻鼎,臻鼎则在新设备投资上占据优势。
第二梯队住友、MFLX、藤仓、台郡等则相当接近,收入规模都在4-8亿之间,全球前6大FPC厂商的主要客户均为苹果。
图21:
iPhone7中的FPC
图22:
AppleWatch2中的FPC
图23:
iPhone7中软板情况
三星、华为、OPPO、VIVO等非苹阵营迅速跟进,不断提升FPC用量。
在苹果示范效应的带动下,三星、HOV等手机大厂迅速跟进,不断拉高FPC的用量,近年其高端旗舰机中的FPC数量都在向10块以上演进。
三星手机的FPC数量约为12-13块,主力供应商是Interflex、SEMCO等韩国软板厂商;国内高端机型的软板用量则在10-12块左右,但其中难度较大的高端板占比只有10%-20%,设计难度较低,价值约6-7美金。
华为软板供应商主要是日台大厂,OPPO以旗胜为主,VIVO则采用苹果供应链,HOV也有部分份额由景旺电子、厦门弘信等国内企业供应。
图24:
三星、华为手机中的FPC
图25:
SAMSUNGS5中各FPC面积
iPhone8再度开启创新大年,功能创新带来FPC新增量。
回顾iPhone的发展历程,在销量与ASP(平均销售价格)的切换高增长中保持了十年成长动能。
第一阶段,2011-2013财年,iPhone的ASP稳定而销量大增;第二阶段,Plus机型问世,ASP水平攀上$650+台阶,而十周年纪念机iPhone8再度开启创新大年,防水、OLED屏幕、3D摄像、生物识别、无线充电等为代表的新功能大量应用,BOM表内条目数量和细分数值普遍上升,ASP或将俯冲至1000美元以上,而其中FPC的ASP也相应随之增加,功能创新为FPC带来新增量:
OLED屏幕:
相较于传统的LCD,OLED屏幕色彩更加生动、细腻、均匀,以较低廉的价格和优良的性能逐渐成为新一代电子产品的主流屏幕。
OLDE的柔性曲面电路设计全部需要FPC实现,苹果大规模导入OLED必将带动FPC用量持续提升。
3D深度摄像头:
3D深度摄像可实时获取高分辨率、高精度、低时延的视频流,深度信息稳定可靠、且不受环境光影响,生产的图像可以用于机器学习以及人工智能的一些功能,如实时目标识别、动作捕捉或场景感知等,应用前景广泛。
3D深度摄像头的核心在于立体视觉传感器和三维深度感知模组,结合苹果的设计理念,零部件讯号尽量不走主板而走FPC专用道,新传感器和感知模组也将产生新的FPC需求。
无线充电:
无线充电是指用两个感应线圈构成收发端代替传输线,通过电磁耦合传递能量。
接受端搭载于手机内部,由线圈、转换电路、芯片、电路板等元件构成,三星等手机中的接收模组直接使用FPC线圈,无线充电为FPC提供了新的应用场景。
图26:
iPhone8预计将有大量功能创新
图27:
iPhone8零组件规模升级
我们再次提示苹果创新对产业链的重要意义。
苹果每一次技术革新,都会给产业带来举足轻重的影响。
苹果对产业链的带动作用体现在两方面:
一是自身巨大的订单需求;二是对非苹厂商的示范效应。
与之前iPhone6/6Plus尺寸升级、影响力相对有限不同,本次iPhone8创新是基于零组件的规模升级,上游产业链受益方众多,同时具备向非苹渗透的强劲动力,可充分发挥苹果的示范效应。
安卓阵营跟进后,新功能带来的FPC需求增量将会形成有效的传导放大,从而全面提升FPC在消费电子市场的渗透程度。
此外,5G加速推广,国产手机设计方案大概率将逐步过渡到苹果路径。
随着移动互联网和物联网的快速发展,移动通信在过去的10年间经历了爆炸性的增长。
2016年发布的“十三五”规划纲要中提出要构建泛在高效的信息网络,积极推进第五代移动通信(5G)和超宽带关键技术研究,启动5G商用进程。
载波频率更高、频段更多、频宽更宽的5G时代,对手机内部信号的传输速度和抗干扰能力提出了更高要求。
苹果的机身设计中各零部件有独立的FPC专用道,信号间的干扰低;而在华为等国产手机的经典设计方案中,电池上下方分别布置主板和副板,通过连接主副板的主FPC一并传输数据,主FPC旁则是屏幕FPC,这样的设计方案在5G时代很难解决信号间的干扰问题,预计会逐步过渡到苹果、三星的路径,国产手机的FPC用量将得到进一步提升。
图28:
国产手机与苹果、三星机身内部结构对比
图29:
iPhone7Plus内部结构
图30:
华为手机内部结构(左:
荣耀6右:
P9)
图31:
苹果、三星及HOV软板使用情况
无线充电或将引爆FPC应用新空间
无线充电告别冗杂的充电线,直击用户痛点。
无线充电砍掉了冗杂的充电线,
是一种不依赖传输线的非接触式充电技术。
在耗电量越来越大,充电次数愈发频繁的智能机时代,无线充电提供了随时随地灵活充电的可能,可将“充电”的概念从用户脑中抹去,大大提升了充电体验。
同时无线充电还节省了宝贵的机身接口,在“机身一体化”的理念下渐成潮流。
图32:
无线充电开启“无尾终端”时代
图33:
无线充电显著提高充电灵活性
按照传输原理无线充电可分为磁感应和磁共振方式,核心都是一组收发线圈间的能量耦合传递。
磁感应是目前消费电子应用中的主流方案,与变压器类似,通过交流电产生交变的磁场,将变压器中的铁芯去掉,并把收发端绕组制作成平面线圈匝对准以提高耦合度,利用电磁感应将能量从发射线圈传递到接收线圈。
磁共振技术在此基础上利用两个对偶的同频率线圈对能量通路进行改进,可实现松耦合传输,在充电距离上得到显著提高,但尺寸要求较大,效率也不如感应式,主要用于电动车充电。
图34:
无线充电示意图
图35:
无线充电基本原理
线圈对充电性能起着决定性作用,因而对其内阻、品质因数、铁氧体材料的抑制“趋附效应”和“接近效应”能力等方面都有较高要求。
无线充电线圈有两种技术方案:
铜导线:
铜导线绕组线圈内阻低,可传输功率大,充电效率也比较高,但
缺点是尺寸较大,占据较多空间,不易实现小型化。
FPC线圈:
FPC由于可弯折特性,可直接制作成接收线圈。
FPC方案的优势在于轻薄,能显著节省空间,且FPC线圈在原理和物料方面与NFC天线非常接近,便于实现多合一线圈模组。
缺点则是内阻高,功率和效率不如铜导线绕组,且成本较高。
在消费电子中,发射装置独立于整机,内部空间较为充裕,对充电效率和功率要求高,因而铜导线是确定性方案。
而接收端则内置于整机内部,需要在尺寸、功能、功率等因素之间进行权衡:
智能手表出于对充电效率的要求多采用铜导线方案;而智能手机中由于NFC功能迅速普及(ApplePay、SumsangPay等),在内部空间越来越小的情况下多模组合一成为趋势,FPC方案逐渐成为更受倾向的选择,三星等采用的就是FPC+NFC+MST(磁辐射模拟)的三合一技术路径。
图36:
FPC线圈与铜导线线圈对比
图37:
三星S7采用FPC+NFC+MST三合一方案
消费电子巨头入场,拐点已至。
从2009年Palm第一款无线充电手机PalmPre
开始,诺基亚、摩托罗拉、HTC等都先后做过尝试,但都未能使无线充电真正流行。
除了散热、充电速度、充电稳定性、价格等因素外,缺乏巨头催熟市场也是重要的原因。
2015年是无线充电渗透元年,三星、苹果正式入场,无线充电真正步入了快车道。
三星率先发力,多款支持无线充电功能的旗舰机问世,S6/S6edge以及后续的Note5、S6edge+和S7系列均搭载无线充电功能,还在同年发布了智能手表S2Gear;苹果也推出了搭载无线充电的AppleWatch。
巨头效应迅速引爆市场:
2015年接收端出货量达1.44亿组,较2014年增长160%,其中手机约为1.2亿组,主要由三星四款旗舰机Note5/S6/S6edge/S6edge+贡献;而智能穿戴设备则受S2Gear和AppleWatch拉动,贡献2300万组,成为继手机后的第二战场。
发射端出货量也大幅上涨,达到5300万组,较2014翻了一倍,充电器的配售率从2014年的不足30%提升到40%以上。
数据变化的逻辑一方面是由于消费电子巨头对用户的有效教育,市场培植初显成效;另一方面则是无线充电技术日趋成熟,充电体验大大增强,已经具备了大规模导入的根基。
图38:
市售无线充电设备盘点
iPhone8再加持,引爆FPC应用新空间。
根据产业链的调研信息,iPhone8今年大概率导入无线充电,预计会采用三星的技术路径,即FPC+NFC+MST一体化方案。
由于发射端一般不使用FPC,故只考虑接收端模组,FPC+NFC+MST价值在5美金左右,其中FPC不到2美金,保守估计2017年iPhone8销量可达8000万台,按照其中标配无线充电的高配机型占比40%计算,则全年iPhone8的接收模组就将至少为FPC带来4亿人民币左右的新增市场。
而在iPhone8的示范作用下,国内HOV必然也会跟进,使无线充电技术全面开花,引爆FPC应用新空间。
我们预计到2019年仅苹果、三星和HOV中的无线充电模组就可带来近40亿人民币的FPC增量。
图39:
三星和苹果手机出货量(百万台)
图40:
2017年各品牌手机出货量年增速预测
图41:
无线充电国内市场规模预测(亿美元)
图42:
苹果、三星和HOV无线充电带来的FPC增量
新旧动能交替,汽车电子孕育FPC新蓝海
ADAS和新能源车双轮驱动,汽车电子成长趋势明确。
汽车行业当前两个重要的发展方向是智能化和电动化。
ADAS(AdvancedDriverAssistanceSystem)作为实现完全智能驾驶前的过渡,已成为各大车厂和跨界而来的互联网巨头争相布局的新战略高地,其涉及到的电子装置几乎覆盖了全车所有驾驶和安全相关的系统,随着ADAS的快速渗透,汽车电子化水平将得到全面提升;而新能源车则代表着汽车电动化的方向,与传统汽车相比,其对电子化程度的要求更高,电子装置在传统高级轿车中的成本占比约为25%,在新能源车中则达到45%-65%,独特的动力控制系统(BMS、VCU和MCU)使得整车PCB用量较传统汽车更大,三大动力控制系统PCB用量平均在3-5平米左右,整车PCB用量在5-8平米之间,价值数千元。
ADAS和新能源车成长迅猛,双轮驱动之下,汽车电子市场近年也维持着15%以上的年增长率。
相应地带动车用PCB市场持续向上,据Prismark预测,2018年车用PCB产值将超过40亿美元,成长趋势非常明确。
图43:
中国汽车电子市场规模预测(亿元)
图44:
全球车用PCB产值预测(百万美元)
FPC在汽车电子中应用前景广泛。
由于体积小、重量轻、易于装连、耐弯折等特点,柔性板在汽车电子中逐渐开始普及。
FPC可用于LED车灯、变速箱、传感器、BMS、车载显示屏、娱乐信息系统等底层车身装置或车载装置,层数以2层和3层为主,全球主要供应商为旗胜和Multek。
在联网、娱乐、节能和安全四大趋势的驱动下,LED车灯、娱乐信息系
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