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新能源FPC的发展与点胶工艺的应用

柔性电路板相比PCB具备更高的集成度,在点胶包封时,元器件与电路之间的空间更为狭小,这对点胶精度提出了更高的要求,点胶设备的选择成为关键,精度达不到,加上柔性电路板的柔性特点,就很容易造成内部短路断路等问题,影响产品的正常使用

在电子行业的发展中,集成电路是一种比较常见的零部件,一般以印制电路板的方式存在,而这种集成电路也大体可分为PCB(PrintedCircuit Board)FPC(FlexiblePrinted Circuit),即硬质印刷电路和柔性印刷电路板。

PCB比较好理解,也比较常见,一般用FR4做基材,也叫硬板,是不能弯折、挠曲的;

FPCFlexibleprintedboard的缩写,译为“柔性电路板”,又被称为“软板”,FPCPCB的一种。FPC是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性,绝佳的可挠性印刷电路板。基材是柔性材料,可以任意进行弯折、挠曲。

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FPC相比PCB,具备以下优点:

FPC具有密度高、体积小、轻薄、可折叠弯曲、散热性好等,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;

在产品运用上,FPC是连成立体线路结构的重要设计方式,这种结构搭配其他电子产品设计,可以构建出各式各样不同的应用,这些更符合下游电子行业智能化、便携化、轻薄化的趋势。

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FPC柔性电路板目前运用的领域包括:

  • 消费电子领域:主要产品是手机、电脑、平板电脑和可穿戴设备等;

  • 汽车领域:主要产品LED、仪表、ADAS、娱乐控制系统等;

  • 服务器/数据存储器领域:主要产品有服务器/数据存储器;

  • 军事航天领域:主要产品有人造卫星、检测仪表、雷达系统等;

  • 工控领域:主要产品有激光测控、传感器、加热线圈等;

  • 医疗领域:主要产品有心理治疗仪、起搏器、内窥镜、探头等。

具体到消费电子领域,智能手机主要着眼于柔性电路板轻的重量与薄的厚度,可以有效节省产品体积,轻易的连接电池,话筒,与按键而成一体;计算机也是如此,最常见的是PC与液晶硬屏,利用柔性电路板的一体线路配置,将数位讯号转成画面,透过液晶荧幕呈现。

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基于以上分析,FPC柔性电路板具备巨大的市场空间,2009-2019FPC产值复合增速为6%,高于4.1%PCB行业增速。19FPC全球产值122亿美元,占比PCB产值20%2019年全球FPC产值规模达138亿美元,同比增长8.7%,并将保持5-10年高速增长。

依据最近几年的行业发展报告,新能源行业成为全球的关注点,不仅包括车身制造,也包括动力电池;目前FPC应用涵盖车灯、显示模组、BMS(电池管理系统)/VCU(整车控制器)/MCU(核心功率电子单元)三大动力控制系统、传感器、高级辅助系统等相关场景。单车FPC用量将超过100片。动力电池FPC需求也在迅速起量,最新数据显示,汽车PCB中,FPC的占比已经由12%提升至15%,未来还将继续增长。

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FPC在动力电池,主要是锂电池上的应用目的是替代传统的铜线线束,此前新能源汽车动力电池采集线采用传统铜线线束方案,常规线束由铜线外部包围塑料而成,对空间的挤占大。相较铜线线束,FPC由于其高度集成、超薄厚度、超柔软度等特点,在安全性、轻量化、布局规整等方面具备突出优势。

FPC柔性电路板的下游集成产品是CCS,英文CellsContactSystem,中文叫集成母排或者线束板集成件,CCS产品由FPC、塑胶结构件、铜铝排等组成。在新能源汽车上,CCS单车价值未来将达到FPC2-3倍。

不管是FPC柔性电路板还是CCS集成母排,都具有厚度薄、高密度布线、重量轻等特点,但这些特点在生产加工时就造成了很多无法逃避的困难,生产加工中包括钻孔、切割、延压、点胶等,工艺不到位必然造成返工或报废的问题,特别是点胶工艺,会直接影响产品的性能和可靠性,是所有工艺中的重中之重。

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考虑FPCCCS工件的特殊性,点胶工艺需要考虑以下问题:

01胶水种类

由于工件本身的柔软特性,导致贴片IC、元件在可靠性方面较PCB有一定程度的降低,因此,对元器件进行点胶补强成为难点,不仅要求胶水固化后粘接强度高,而且要求耐抗冲击,耐震动,具备一定的延展性,并保持较好的电气与物理特性;

02点胶质量

柔性电路板相比PCB具备更高的集成度,在点胶包封时,元器件与电路之间的空间更为狭小,这对点胶精度提出了更高的要求,点胶设备的选择成为关键,精度达不到,加上柔性电路板的柔性特点,就很容易造成内部短路、断路等问题,影响产品的正常使用。