基于中國(guó)FPC的廣闊市場(chǎng)，F(xiàn)PC在手機(jī)電子行業(yè)的發(fā)展進(jìn)入到全球充分競(jìng)爭(zhēng)階段，一方面，市場(chǎng)空間較為飽和；另一方面，新能源汽車(chē)以及動(dòng)力電池市場(chǎng)的爆發(fā)，也讓FPC尋找到應(yīng)用的新窗口。

 “老產(chǎn)品新應(yīng)用”，這正是FPC如今需要突破的新標(biāo)簽。

本文電池FPC小編淺析FPC在新能源汽車(chē)上的應(yīng)用。

一 FPC(柔性電路板）介紹

柔性電路板（FPC，F(xiàn)lexible Printed Circuit）是以柔性覆銅板為基材制成的一種電路板，作為信號(hào)傳輸?shù)拿浇閼?yīng)用于電子產(chǎn)品的連接，具備配線組裝密度高、彎折性好、輕量化、工藝靈活等特點(diǎn)。

FPC一般可分為單層 FPC、雙層 FPC、多層 FPC 和軟硬結(jié)合版。

圖 1：柔性電路板 FPC 的特點(diǎn)

表 1：柔性電路板FPC 分類(lèi)

二FPC組成及生產(chǎn)

FPC組成材料

絕緣薄膜

絕緣薄膜形成了電路的基礎(chǔ)層，粘接劑將銅箔粘接至了絕緣層上。在多層設(shè)計(jì)中，它再與內(nèi)層粘接在一起。它們也被用作防護(hù)性覆蓋，以使電路與灰塵和潮濕相隔絕，并且能夠降低在撓曲期間的應(yīng)力，銅箔形成了導(dǎo)電層。

絕緣薄膜材料有許多種類(lèi)，但是最為常用的是聚酷亞胺和聚酯材料。目前在美國(guó)所有柔性電路制造商中接近80%使用聚酰亞胺薄膜材料，另外約20%采用了聚酯薄膜材料。聚酰亞胺材料具有非易燃性，幾何尺寸穩(wěn)定，具有較高的抗扯強(qiáng)度，并且具有承受焊接溫度的能力，聚酯，也稱為聚乙烯雙苯二甲酸鹽（Polyethyleneterephthalate簡(jiǎn)稱：PET），其物理性能類(lèi)似于聚酰亞胺，具有較低的介電常數(shù)，吸收的潮濕很小，但是不耐高溫。

    聚酯的熔化點(diǎn)為250℃，玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）為80℃，這限制了它們?cè)谝筮M(jìn)行大量端部焊接的應(yīng)用場(chǎng)合的使用。在低溫應(yīng)用場(chǎng)合，它們呈現(xiàn)出剛性。盡管如此，它們還是適合于使用在諸如電話和其它無(wú)需暴露在惡劣環(huán)境中使用的產(chǎn)品上。聚酰亞胺絕緣薄膜通常與聚酰亞胺或者丙烯酸粘接劑相結(jié)合，聚酯絕緣材料一般是與聚酯粘接劑相結(jié)合。與具有相同特性的材料相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，在干焊接好了以后，或者經(jīng)多次層壓循環(huán)操作以后，能夠具有尺寸的穩(wěn)定性。在粘接劑中其它的重要特性是較低的介電常數(shù)、較高的絕緣阻值、高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度和低的吸潮率。

導(dǎo)體

    在一些柔性電路中，采用了由鋁材或者不銹鋼所形成的剛性構(gòu)件，它們能夠提供尺寸的穩(wěn)定性，為元器件和導(dǎo)線的安置提供了物理支撐，以及應(yīng)力的釋放。粘接劑將剛性構(gòu)件和柔性電路粘接在了一起。另外還有一種材料有時(shí)也被應(yīng)用于柔性電路之中，它就是粘接層片，它是在絕緣薄膜的兩側(cè)面上涂覆有粘接劑而形成。粘接層片提供了環(huán)境防護(hù)和電子絕緣功能，并且能夠消除一層薄膜，以及具有粘接層數(shù)較少的多層的能力。

    銅箔適合于使用在柔性電路之中，它可以采用電淀積（Electrodeposited簡(jiǎn)稱：ED），或者鍍制。采用電淀積的銅箔一側(cè)表面具有光澤，而另一側(cè)被加工的表面暗淡無(wú)光澤。它是具有柔順性的材料，可以被制成許多種厚度和寬度，ED銅箔的無(wú)光澤一側(cè)，常常經(jīng)特別處理后改善其粘接能力。鍛制銅箔除了具有柔韌性以外，還具有硬質(zhì)平滑的特點(diǎn)，它適合于應(yīng)用在要求動(dòng)態(tài)撓曲的場(chǎng)合之中。

粘接劑

粘接劑除了用于將絕緣薄膜粘接至導(dǎo)電材料上以外，它也可用作覆蓋層，作為防護(hù)性涂覆，以及覆蓋性涂覆。兩者之間的主要差異在于所使用的應(yīng)用方式，覆蓋層粘接覆蓋絕緣薄膜是為了形成疊層構(gòu)造的電路。粘接劑的覆蓋涂覆所采用的篩網(wǎng)印刷技術(shù)。不是所有的疊層結(jié)構(gòu)均包含粘接劑，沒(méi)有粘接劑的疊層形成了更薄的電路和更大的柔順性。它與采用粘接劑為基礎(chǔ)的疊層構(gòu)造相比較，具有更佳的導(dǎo)熱率。由于無(wú)粘接劑柔性電路的薄型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及由于消除了粘接劑的熱阻，從而提高了導(dǎo)熱率，它可以使用在基于粘接劑疊層結(jié)構(gòu)的柔性電路無(wú)法使用的工作環(huán)境之中。

FPC基本結(jié)構(gòu)

圖2：六種FPC結(jié)構(gòu)圖

銅箔基板（Copper Film）

銅箔：基本分成電解銅與壓延銅兩種。厚度上常見(jiàn)的為1oz 1/2oz 和 1/3 oz

基板膠片：常見(jiàn)的厚度有1mil與1/2mil兩種。

膠（接著劑）：厚度依客戶要求而決定。

覆蓋膜保護(hù)膠片（Cover Film）

覆蓋膜保護(hù)膠片：表面絕緣用。常見(jiàn)的厚度有1mil與1/2mil

膠（接著劑）：厚度依客戶要求而決定

離形紙：避免接著劑在壓著前沾附異物；便于作業(yè)

補(bǔ)強(qiáng)板（PI Stiffener Film）

補(bǔ)強(qiáng)板：補(bǔ)強(qiáng)FPC的機(jī)械強(qiáng)度，方便表面實(shí)裝作業(yè)。常見(jiàn)的厚度有3mil到9mil

膠（接著劑）：厚度依客戶要求而決定

離形紙：避免接著劑在壓著前沾附異物

EMI：電磁屏蔽膜，保護(hù)線路板內(nèi)線路不受外界（強(qiáng)電磁區(qū)或易受干擾區(qū)）干擾

FPC生產(chǎn)流程

圖 3：FPC生產(chǎn)流程

三

FPC主要應(yīng)用方向

對(duì)于汽車(chē)而言，無(wú)論是燃油車(chē)輛，還是智能車(chē)輛都有大量的FPC的應(yīng)用，主要存在于汽車(chē)電子板塊，汽車(chē)電子是汽車(chē)電子控制裝置和汽車(chē)電子控制裝置的總稱。

主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤(pán)控制系統(tǒng)和汽車(chē)電子控制系統(tǒng)。

而從結(jié)構(gòu)、空間等考慮，未來(lái)新能源汽肯定會(huì)大量采用FPC代替線束，會(huì)在車(chē)輛多個(gè)部位應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，所以FPC技術(shù)在汽車(chē)電子，尤其智能汽車(chē)上是一個(gè)非常重要的趨勢(shì)，尤其在電池BMS、車(chē)輛照明系統(tǒng)、門(mén)控系統(tǒng)、攝像頭模組等。

一般一輛電動(dòng)汽車(chē)上會(huì)高達(dá)100多條的FPC應(yīng)用，這個(gè)里面當(dāng)屬電池BMS里的FPC和車(chē)輛攝像頭模塊的應(yīng)用價(jià)值最高，也是重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。

而B(niǎo)MS 的FPC應(yīng)用在電池里，對(duì)于電池而言成本和空間是兩個(gè)比較重要的問(wèn)題。

    就目前技術(shù)而言，電池的容量基本上到了極致。在PACK中能裝入多少電池其實(shí)是有限制的，而利用FPC替代傳統(tǒng)的BMS布線，既保證了性能的穩(wěn)定，同時(shí)也可以減少了呼吸帶來(lái)上蓋摩擦的風(fēng)險(xiǎn)，這也是目前各家的主流做法。

四FPC在新能源汽車(chē)的應(yīng)用

采集線是新能源汽車(chē)BMS系統(tǒng)所需配備的重要部件，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控新能源動(dòng)力電池電芯的電壓和溫度；連接數(shù)據(jù)采集和傳輸并自帶過(guò)流保護(hù)功能；保護(hù)汽車(chē)動(dòng)力電池電芯，異常短路自動(dòng)斷開(kāi)等功能。

    此前新能源汽車(chē)動(dòng)力電池采集線采用傳統(tǒng)銅線線束方案，常規(guī)線束由銅線外部包圍塑料而成，連接電池包時(shí)每一根線束到達(dá)一個(gè)電極，當(dāng)動(dòng)力電池包電流信號(hào)很多時(shí)，需要很多根線束配合，對(duì)空間的擠占大。
    Pack 裝配環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)線束依賴工人手工將端口固定在電池包上，自動(dòng)化程度低。相較銅線線束，F(xiàn)PC 由于其高度集成、超薄厚度、超柔軟度等特點(diǎn)，在安全性、輕量化、布局規(guī)整等方面具備突出優(yōu)勢(shì)，此外 FPC 厚度薄，電池包結(jié)構(gòu)定制，裝配時(shí)可通過(guò)機(jī)械手臂抓取直接放置電池包上，自動(dòng)化程度高，適合規(guī)模化大批量生產(chǎn)，F(xiàn)PC 替代銅線線束趨勢(shì)明確。

FPC在動(dòng)力電池模組中應(yīng)有中有以下優(yōu)勢(shì)：

高度集成

自嵌入式Fuse、連接器、片式NTC、鋁/鎳端子；不僅提供優(yōu)良而一致的電性能，能滿足更小型和更高密度安裝的設(shè)計(jì)需要三度空間布線且外型可順空間的局限做改變，適用于向高密度、小型化、高可靠方向發(fā)展的需要，從而達(dá)到元器件裝配和導(dǎo)線連接的一體化。

可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化組裝

組裝快、精準(zhǔn)，利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；在裝配和容錯(cuò)這里，可以避免很多線束設(shè)計(jì)中由于手工出現(xiàn)的差錯(cuò)，在接插件層面也減少了很多插錯(cuò)的機(jī)會(huì)。使用FPC采樣，可降低Module集成工藝復(fù)雜度，F(xiàn)PC與電池busbar（匯流排）的連接可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，有效減少了人工成本。即使客戶在無(wú)法成熟實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接的情況下，采用傳統(tǒng)螺絲鎖緊的方式，仍然可以有效降低了人工的投入。

超薄厚度

線路區(qū)0.34mm，NTC處2mm

 超柔軟度

線路區(qū)可實(shí)現(xiàn)90°、180°彎折組裝。

輕量化

整車(chē)使用時(shí)，可比線束方案減重約1kg。

成本優(yōu)勢(shì)

從成本來(lái)看，F(xiàn)PC本身的成本并不高，對(duì)于連接成本而言，是有很大的降低的幅度。

FPC VS 銅線線束

相較銅線線束，F(xiàn)PC 由于其高度集成、超薄厚度、超柔軟度等特點(diǎn)，在安全性、輕量化、布局規(guī)整等方面具備突出優(yōu)勢(shì)，此外 FPC 厚度薄，電池包結(jié)構(gòu)定制，裝配時(shí)可通過(guò)機(jī)械手臂抓取直接放置電池包上，自動(dòng)化程度高，適合規(guī)模化大批量生產(chǎn)，F(xiàn)PC 替代銅線線束趨勢(shì)明確。

表2:FPC 相較傳統(tǒng)線束的優(yōu)勢(shì)

綜上所述，目前 FPC 方案已經(jīng)成為絕大部分新能源汽車(chē)新車(chē)型的最主要選擇。FPC 向 CCS（Cells Contact System，集成母排，線束板集成件）集成。CCS 產(chǎn)品由 FPC、塑膠結(jié)構(gòu)件、銅鋁排等組成，銅鋁排將多個(gè)電芯通過(guò)激光焊接進(jìn)行串并聯(lián)，F(xiàn)PC 通過(guò)與銅鋁排、塑膠結(jié)構(gòu)件連接從而構(gòu)成電氣連接與信號(hào)檢測(cè)結(jié)構(gòu)部件。

一般來(lái)說(shuō)，軟包和硬包電池是有不同的FPC方案，各家做法也不太一樣，包括末端的連接器不同連接形式有不同的方案（壓接、焊接等）FPC最大的好處在于其靈活性，在它能隨著電池控制技術(shù)的迭代升級(jí)，會(huì)演變出很多形式，本身也是一種定制化的產(chǎn)品。

下一章我們將繼續(xù)分析FPC技術(shù)的多種方案。