线束的半终结者-FPC(柔性电路板)

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FPC(柔性电路板)介绍


柔性电路板(FPC,Flexible Printed Circuit)是以柔性覆铜板为基材制成的一种电路 板,作为信号传输的媒介应用于电子产品的连接,具备配线组装密度高、弯折性好、轻量 化、工艺灵活等特点。 FPC 一般可分为单层 FPC 、双层 FPC 、多层 FPC 和软硬结合版。

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图 1:柔性电路板 FPC 的特点

表 1:FPC 分类

类别


介绍
单层 FPC 有一层化学蚀刻出的导电图形,在柔性绝缘基材面上的导电图形层为压延铜箔
双层 FPC 在绝缘基膜的两面各有一层蚀刻制成的导电图形,增加了单位面积布线密度
多层 FPC 将 层或更多层的单面或双面柔性电路层压在一起,通过钻孔、电镀形成金属化

孔,在不同层间形成导电通路。优点是基材薄膜重量轻并有优良的电气特性,如低

的介电常数。但失去了单面、双面软性 PCB 优良的可挠性

软硬结合板 FPC 与 PCB 的组合,软硬结合板的生产应同时具备 FPC 生产设备与 PCB 生产设备

随着汽车电动化、智能化发展,FPC 在弯折性、减重、自动化程度高等优势进一步体现,FPC 车载领域的用量不断提升,应用涵盖车灯、显示模组、BMS/VCU/MCU 三大动力控制系统、传感器、高级辅助系统等相关场景。新能源汽车的大发展带动车载动力电池用 FPC 需求大幅增长。

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图 2:部分车载 FPC 场景

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FPC在新能源汽车的应用


采集线是新能源汽车 BMS 系统所需配备的重要部件,实现监控新能源动力电池电芯的电压和温度;连接数据采集和传输并自带过流保护功能;保护汽车动力电池电芯,异常短路自动断开等功能。

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,连接电池包时每一根线束到达一个电极,当动力电池包电流信号很多时,需要很多根线束配合,对空间的挤占大。Pack 装配环节,传统线束依赖工人手工将端口固定在电池包上,自动化程度低。

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,此外 FPC 厚度薄,电池包结构定制,装配时可通过机械手臂抓取直接放置电池包上,自动化程度高,适合规模化大批量生产,FPC 替代铜线线束趋势明确。

优势
体情况

安全

性能

在代替弱电导线的同时,FPC 用金属片与汇流排进行连接,添加了熔断保护电流设计,

保证了信息的高速传输路线,确保即使电池包出现短路问题,FPC 的内部设计也会直接

将线路铜丝熔断,避免引起电池包其他部分的燃烧或爆炸


轻量化

相较传统采集信号所用的线束和 PCB (印刷线路板)产品,FPC 在电池保内所占的空

间更小,整体重量更轻

工艺灵

活性

相较拥有众多接插点和复杂手工接插环节的传统线束,FPC 突破了工艺选择上的局限,

产品可配合电池包本身特性进行超声波、焊接等多工艺选择;在厚度(线路区 0.34mm

NTC 处 2mm)、柔软度(线路区可实现 90°、180°弯折组装)方面具备优势。

自动化

生产

FPC 形状规整,且设计集成度更高,可省去大量排线连接工作,适合机械规模化大批量

生产,在大大缩短组装工时、节省人工的同时为动力电池组装环节自动化生产提供基础

2017 年前后行业导入初期,由于产业小批量初期的高成本和汽车电子领域对可靠性的高要求,动力电池企业大多还处在观望的态度。随着 FPC 展现出的优异性能以及规模化生产带来的快速降本,FPC 替代传统线束的进程明显提速。高工锂电 2018 年调研显示,国内动力电池第一梯队的宁德时代和比亚迪已经在 pack 环节批量化应用 FPC。公开信息显示特斯拉、国轩高科、中航锂电、塔菲尔、欣旺达、孚能等企业也均开始应用 FPC目前 FPC 方案已经成为绝大部分新能源汽车新车型的最主要选择。

FPC 向 CCS(Cells Contact System,集成母排,线束板集成件)集成。CCS 产品由 FPC、塑胶结构件、铜铝排等组成,铜铝排将多个电芯通过激光焊接进行串并联,FPC 通过与铜铝排、塑胶结构件连接从而构成电气连接与信号检测结构部件。

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FPC生产流程

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