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電池FPC在動力電池上應用(上)

2023-04-25 05:29

FPC 產業鏈概況

——PCB領域的重要構成,順應硬件創新需求

FPC,即柔性印制線路板,簡稱軟板,是以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成的可撓性印刷電路板。與傳統的PCB硬板相比,具有生產效率高、配線密度 高、可折疊彎曲、厚度薄、重量輕、可三維布線等顯著優勢,更符合下游電子行業智能化、輕薄便攜趨勢的要求,可廣泛應用于航天、移動通訊、軍事、筆記本電腦、計算機外設、PDA、等領域或產品上,是近年來 PCB 行業各細分產品中增速最快的品類。

上游:主要原材料包括撓性覆銅板(FCCL)、覆蓋膜、元器件、屏蔽膜、膠紙、 鋼片、電鍍添加劑、干膜等八大類;

中游: FPC 制造;

下游:各類應用,包含顯示/觸控模組、攝像頭模組、指紋識別模組、等,最終應用包括通訊設備、汽車電子、消費電子、工控醫療、航空航天等領域。

 

技術演進展空間,順應電子硬件創新需求

隨著消費電子向小型化、輕型化發展, FPC 為適應下游行業趨勢也正在向高密度、超精細、多層化方向發展,FPC上用于連接電子元器件線路和孔徑需要滿足更加精細的尺寸要求。

目前,全球領先企業在 FPC 產品制程能力上,其線寬線距可達30-40μm、孔徑達到 40-50μm,并進一步向 15μm 及以下線寬線距、40μm 以下孔徑方向發展。

國內盡管與國際領先企業有所差距,但經過不到十年的發展也突破了 40-50μm 線寬線距、 70-80μm 孔徑技術,并進一步向 40μm 以下線寬線距、60μm 以下孔徑制程能力突破.

 

FPC生產工藝由片對片卷對卷轉變

基于提高生產良率的要求,FPC 生產工藝由“片對片”向“卷對卷”轉變。由于生產 FPC的主要原材料 FCCL 是成卷提供,在“片對片”生產工藝下,需將成卷的 FCCL 裁剪成片(規格通常為250mm*320mm),方能進行后續生產。

而“卷對卷”生產工藝 ,可一次性全自動完成前期繁復的放卷、清潔、壓膜、收卷等多道工序,直接將成卷的 FCCL 加工生產,在生產流程的后端再按照設計的要求進行剪裁。卷對卷”生產工藝逐漸達至穩定狀態,FPC 生產將由半自動化生產向全自動化生產轉變,這將極大 提升 FPC 生產效率及良率。

 

加成法替代減成法,成為主流 FPC線路制備工藝

減成法即預先在 FCCL 的設計線路上添加抗腐蝕層作為保護,再經過腐蝕工序去除設計線 路以外的銅箔,形成 FCCL 所需的線路圖形。該工藝雖然技術門檻較低,但流程較為繁 瑣,且需腐蝕大量銅箔,因此生產成本高昂,一般適合制作 30-50μm 的線路。

加成法可分為:全加成法、半加成法

半加成法

是減成法向全加成法過渡的中間工藝,核心工序為電鍍銅和銅箔腐蝕工序,其優勢為可一定程度上減少減成法導致的銅資源浪費和腐蝕廢 液排放,適合制作 10-50μm間的精細線寬線距;

全加成法

指直接通過電鍍銅工藝形成 所需線路圖形,而無銅箔腐蝕工序,該技術工藝流程簡單,且成本較低,可制作 30μm 以 下的線寬線距,適用于生產高附加值的精細化產品。

 

FPC 傾向于使用尺寸穩定性高的基材

基于高產量和低成本的要求,FPC 傾向于使用尺寸穩定性高的基材。對于高密度互連結構撓性多層板生產過程而言,所選基材尺寸的穩定性是制造成功與否的關鍵因素,由于基材幾何尺寸的收縮會直接影響電路層與覆蓋膜之間的精確定位,從而影響器件組裝的對準性,所以選擇尺寸控制更為嚴格的撓性板基材非常重要。

隨著新的聚脂系列材料的開發,FPC基材各項性能有了很大改善,尺寸的穩定性也進一步提高。以 Apical NP 基材為例,其相比現行的其它材料有著明顯的、更好的尺寸穩定性。

FPC需求端

需求回升疊加創新拉動,消費電子復蘇仍可期

FPC廣泛應用于通信、消費類電子、汽車電子、工業、軍事、航天等多個領域,其市 場需求與下游終端電子產品需求密切相關。

從 FPC 下游主要應用結構來看,根據 Prismark 數據,2019 年全球 FPC 產值主要集中于通訊電子和計算機領域,其中通訊電子占比分 33.0%,計算機占比28.6%,以手機為主的消費類電子構成了FPC產值規模的主要貢獻點。未來隨著通訊電子、電動汽車、可穿戴設備等消費類電子產品的放量,市場對 FPC 的需 求將逐步上升,預計全球 FPC市場規模于2025年將達到 287 億美元。

 

智能手機是 FPC 下游第一大應用領域

涉及顯示、電池、觸控、 連接、攝像頭等多功能模組模塊,一般而言,一部智能手機大約需要 10-15 片 FPC。當 前智能手機已步入存量時代,導致以手機為代表的消費電子出貨量下降明顯。但隨著創新型應用技術的發展,5G 通訊技術普及、攝像模組升級、屏下指紋識別、 OLED 屏、折疊屏等新興技術在智能手機上的應用不斷深化,有望拉動智能手機出貨需 求回升,為 FPC 在智能手機領域的發展創造新的增長點。

以折疊屏技術應用為例,折疊屏手機兩塊屏幕之間需要使用 FPC 來進行跨鉸鏈柔性連接, 相比于普通手機,在 FPC 用量上會有所增加。2019 年以來,三星、華為、小米等手機廠 商相繼推出各類型號折疊屏手機,隨著折疊屏手機產業鏈日趨成熟,全球及國內折疊屏手機出貨量將有望呈現快速增長趨勢。

 

可穿戴設備新興市場崛起,助推FPC市場

近年AI等技術普及,TWS 耳機、VR/AR、智能手表/手環等新興消費類電子產品智能可穿戴設備快速發展。據 ID 數據,2021 年全球可穿戴設備出貨量 5.34 億臺,同比增長19.99%。FPC因輕薄、可彎曲,與可穿戴設備的契合度最高,是可穿戴設備的首選連接器件,為最大受益者之一。

目前 ,AR/VR 設備從普通機型到中高端機型,單機用 FPC 用量范圍達 10 - 20 條,部分高端機型由于傳感器多、電路復雜、 對于產品重量和性能要求更嚴格等因素,FPC 用量可能在20 條以上。

未來隨著產品迭代升級,功能更加豐富,引入的傳感器攝像頭數目更多,產品對于輕量化、散熱性 能的要求提升,FPC 用量會進一步增加。全球 AR/VR 市場出貨量有望從 2020 年的 585 萬臺增長至 2024 年的 2130 萬臺,年均復合增長率為 29.49%。中國 VR 設備出貨量整體呈現增長趨勢,預計 2025 年出貨量為 1266 萬臺,市場潛力巨大。

 

 

汽車電子需求新藍海,儲能市場蓄勢待發

FPC的性能與新能源汽車契合度高,是連接汽車電子元器件的良好線路載體,在安全性、組裝效率、續航以及降低自重等方面的明顯優勢,FPC連接方案已成為乘用車動力電池中的絕對主力方案。

傳統的線路載體,汽車線束較為笨重、連接方式復雜,無法順應新能源汽車電子元器件數量持續增加的發展趨勢,而FPC憑借其輕量化、結構簡單、線路連接方便等優勢, 在新能源汽車中得到廣泛應用。并且,隨著汽車智能化程度愈加提高,照明系統、顯示系統、動力系統、電池管理系統以及傳感器等裝 置對電子元器件的需求量擴大,對連接電子元器件所需的線路載體的數量相應增加。

新能源汽車的爆發式增長帶動了新能源領域中動力電池的高速發展,FPC 是新能源動力電池的重要配件,而與傳統線束相比, FPC 能實現模塊化和自動化生產,可通過自動化生產來提高生產效率,并且憑借著 FPC 自身顯著的特性能實現電池輕量化,更高安全性能,FPC 替代傳統線束是大勢所趨。

 

汽車電子化開啟 FPC 需求新藍海。

汽車電子產品應用主要集中于動力系統、底盤系統、 車身系統、駕駛信息系統、安全系統和保全系統等。

隨著汽車的電子化水平日益提高, 傳感器得到廣泛應用,汽車電子占整車成本的比重逐步提升。根據賽迪智庫電子信息研究所發布的《2019 汽車電子產業發展白皮書》的數據,預計 2030 年汽車電子占整車成本將達到 50%。FPC 在車載領域的用量將不斷提高,預計 FPC 單車用量超過 100 片, 未來汽車對 FPC 的需求可達傳統汽車的 5—8倍。
 

動力電池FPC逐步替代傳統線束,成為主流

線束是汽車的神經系統,由 多種尺寸和形狀的電線和連接器組件組成。

相比于傳統線束,FPC線束添加了熔斷保護 電流設計,避免引起電池的燃燒或者爆炸,安全性能高,電池包內所占空間更小,符合汽車電子輕量化的發展方向,制造工藝靈活性高,生產效率高,尺寸精度高,適合規模 化大批量生產。在技術方面,FPC 線束方案有高度集成、自動化組裝、裝配準確性、超 薄厚度、超柔軟度、輕量化等諸多優勢。

一臺車選用 FPC柔性扁平線束,線束整體重量比傳統線束降低約50%,體積下降約60%;另外把電子模塊、開關和FPC線束集成一體化,能減少連接器和附件的使用,降低成本。所以 FPC線束能更好的優化空間、 降低能耗,實現整車綠色出行。目前,新能源汽車已開始大量應用FPC替換傳統的電池采樣線。

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