什么是软性电路板(动力电池pack集约化需求)
前几天写了一回柔性电路板在动力电池模组上的应用，主要介绍了两个专利，怎样利用柔性电路板做动力电池模组上的单体电压采样。电动汽车续航里程的提高，一方面是提高电量，另一方面是降低非动力部分的载荷重量。从这两个方面考虑，占用空间小，自身重量轻的柔性电路板，都将是新能源汽车电气系统中的上上之选。加之高温可靠性好，电路设计繁简兼宜，因此得到广泛应用。本文整理一些柔性电路板性能、应用、制造之类的概念性资料，可惜直接体现动力电池应用的资料不多，待后续慢慢填补。
什么是柔性电路板
柔性电路板（Flexible Printed Circuit Board）又称“软板”，是用柔性的绝缘基材制成的印刷电路，具有许多硬性印刷电路板不具备的优点。例如它可以自由弯曲、卷绕、折叠，可依照空间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元器件装配和导线连接的一体化。利用FPC可大大缩小电子产品的体积，适用电子产品向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。因此，FPC在航天、军事、移动通讯、手提电脑、计算机外设、PDA、数字相机等领域或产品上都有广泛应用。
柔性电路板基本结构
铜箔基板（Copper Film）
铜箔：基本分成电解铜与压延铜两种。 厚度上常见的为1oz 1/2oz 和 1/3 oz
基板胶片：常见的厚度有1mil与1/2mil两种。
胶（接着剂）：厚度依客户要求而决定。
覆盖膜保护胶片（Cover Film）
覆盖膜保护胶片：表面绝缘用。 常见的厚度有1mil与1/2mil.
胶（接着剂）：厚度依客户要求而决定。
离形纸：避免接着剂在压着前沾附异物；便于作业。
补强板（PI Stiffener Film）
补强板： 补强FPC的机械强度，方便表面实装作业。常见的厚度有3mil到9mil.
胶（接着剂）：厚度依客户要求而决定。
离形纸：避免接着剂在压着前沾附异物。
EMI：电磁屏蔽膜，保护线路板内线路不受外界（强电磁区或易受干扰区）干扰。
柔性电路板基本种类和性能
FPC还具有良好的散热性和可焊性以及易于装连、综合成本相对低的特点，软硬结合的设计也在一定程度上弥补了柔性基材在元件承载能力上的略微不足。
柔性印刷线路板有单面、双面和多层板之分。所采用的基材以聚酰亚胺覆铜板为主。此种材料耐热性高、尺寸稳定性好，与兼有机械保护和良好电气绝缘性能的覆盖膜通过压制而成最终产品。双面、多层印制线路板的表层和内层导体通过金属化实现内外层电路的电气连接。目前盛行四种柔性电路板：单面，双面，多层和刚-挠组合型。
用作柔性装配的绝缘基材可以是聚酰亚胺（Kapton），聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），芳酰胺纤维纸（Nomex）和聚氯乙烯（PVC）。柔性电路板工业正处于规模小但迅猛发展之中。聚合物厚膜法（PTF）是一种高效、低成本生产线路板的工艺。该工艺是在的廉价的柔性基材上，选择性地丝印导电聚合物油墨。其代表性的柔性基材为PET。PTF导体包括丝印金属填料或碳粉填料。PTF本身很清洁，使用无铅的SMT 粘接剂，不必蚀刻。
柔性线路板的功能可区分为四种，分别为引线路 （Lead Line）、印刷电路 （Printed Circuit）、连接器 （Connector） 以及多功能整合系统 （Integration of Function）。
图片来源：安卓网
1）单面板
采用单面PI敷铜板材料于线路完成之后，再覆盖一层保护膜，形成一种只有单层导体的软性电路板。单面柔性板的成本最低。当对电性能要求不高，而且可以单面布线时，应当选用单面柔性板。这种最常见的形式已经得到了商业应用，如打印机的喷墨盒和计算机的存储器。单面柔性板具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。
2）普通双面板
使用双面PI板敷铜板材料于双面电路完成后，两面分别加上一层保护膜，成为一种具有双层导体的电路板。双面柔性板是在基膜的两个面各有一层蚀刻制成的导电图形。金属化孔将绝缘材料两面的图形连接起来形成导电通路，以满足挠曲性的设计和使用功能。而覆盖膜可以保护单、双面导线并指示元件安放的位置。
3）基板生成单面板
使用纯铜箔材料在电路制程中，分别在先后在两面各加一层保护膜，成为一种只有单层导体但在电路板的双面都有导体露出的电路板。
4）基板生成双面板
使用两层单面PI敷铜板材料中间辅以在特定位置开窗的粘结胶进行压合，成为在局部区域压合，局部区域两层分离结构的双面导体线路板以达到在分层区具备高挠曲性能的电路板。
多层柔性板是将三层或更多层的单面柔性电路板或双面柔性电路板层压在一起，通过钻孔、电镀形成金属化孔，在不同层间形成了导电的通路。这样，不需采用复杂的焊接工艺。尽管设计成这种柔性类型导电层的数量可以是无限的，但是，在设计布局时，为了保证装配方便，应当考虑到装配尺寸、层数与柔性的相互影响。
5）还有一种混合结构的柔性电路板，它也是一种多层板，但多层板的导电层由不同金属构成。 这种混合结构大多用在电信号转换与热量转换的关系及电性能比较苛刻的低温的情况下。在这种情况下，柔性混合电路是唯一可行的解决方法。
以上为行业中通常的分类方式，标准《IPC-6013中文版挠性印制板质量要求与性能规范》也对类型做出了一个划分，分类标准除了考虑层的数量，还考虑了增强层和孔。
标准表述， 挠性印制板可以分为以下几类：
类型 1 单面挠性印制板包含一层导电层，有或者没有增强层。
类型 2 双面挠性印制板包含两层导电层以及镀通孔，有或者没有增强层
类型 3 多层挠性印制板包含三层或更多导电层以及镀通孔，有或者没有增强层。
类型 4 刚挠结合多层印制板包含三层或更多导电层，以及镀通孔。
类型 5 挠性或刚挠结合多层印制板包含两层或更多导电层，无镀通孔。
FPC典型生产流程
1） 单面板流程图：工程文件--铜箔--前处理--压干膜--曝光--显影--蚀刻--剥膜--AOI--前处理--贴覆盖膜（或油墨印刷）--电镀前处理--电镀--电镀后处理--压补强--外型冲切--电测--外观检查--出货
2） 双面板流程图：工程文件--铜箔--钻孔--黑空（PTH）--镀铜--前处理--压干膜--曝光--显影--蚀刻--剥膜--AOI--前处理--贴覆盖膜（或油墨印刷）--电镀前处理--电镀--电镀后处理--压补强--外型冲切--电测--外观检查--出货对以上流程来讲，最精细的线宽线距在50um的样子
最大的缺点仍然是比较贵
如果电路的设计相对简单，总体积不大，而且空间适宜，传统的内连方式大多要合算的多。如果线路复杂，处理许多信号，或者有特殊的电学或力学性能要求，柔性电路板是一种较好的设计选择。柔性材料比起刚性材料还有一条潜在的节省成本的原因，就是免除了插接件。
高成本的原材料是柔性电路板价格居高的主要原因。尽管其原料较贵，制造麻烦，但是可折叠、可弯曲以及多层拼板功能，会使整体组件尺寸减小，所用材料随之减少，总的组装成本降低。
柔性电路板的成本正在进一步降低。尽管有上述的成本方面的因素，但柔性装配的价格正在下降，变得和传统的PCB相接近。这主要是引入了更新的材料、改进了生产工艺以及变更了结构的原因。有这样一个例子，在具有很多层数的刚-挠板组件上，取消了使用丙烯酸粘合剂。
现在一些更新的材料因铜层更薄而可以制出更精细线条。更薄的铜层促使组件越来越轻巧，而更轻巧更薄的装配又促使柔性组件更加适合装入更小的空间。过去，我们采用辊压的工艺将铜箔粘附在涂有粘合剂的介质上。今天，可以不使用粘接剂直接在介质上生成铜箔。这些技术可以得到的数微米的铜层，使工业上得到3 mil甚至宽度更窄的精细线条。“ 从柔性电路板中除去了粘合剂以后，使柔性电路板具有阻燃性能。
性能和可靠性检验方法
对于在道路车辆上的应用，尤其在动力电池系统中的应用，柔性电路板的可靠性，环境耐受性还有待标准检测和实车测试的检验。目前，柔性线路板可靠性测试标准为《IPC-6013中文版挠性印制板质量要求与性能规范》，它针对依照 IPC-2221 和 IPC-2223 标准设计的挠性印制板提供质量要求与性能规范。标准给出了测试方法和可接受判定方法。检测项目和基本要求如下表。项目针对FPC的传统应用场景，在汽车应用上，没有专门针对性标准和测试项目。道理上，至少还需要增加一些与车辆环境相关的动态测试项目，和寿命相关测试。
动力电池系统哪里能用到FPC
宁德时代、比亚迪已经在电池模组中使用FPC。经过样件测试周期以后，FPC在电动汽车低压控制单元以及电池管理单元中的应用将成为提升体积比能量的一种常见手段被应用。FPC在如下几个方面对动力电池系统存在优化作用。
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，可以在线路板上添加熔断保护电流设计，保证了信息的高速传输，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，为电池包能量密度的增加做出一定贡献。
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所具有的特性，有超声波、键合等多种工艺选择。
自动化生产：FPC形状规整，且设计集成度更高，可以省去大量多余的排线连接工作，十分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的自动化生产，提供可能。
上图中指明的柔性电路板在动力电池系统中的应用，主要是BMS这个原本存在线路板的模块，而如文章开头所说，实际上FPC已经考虑电池模组中的应用了。
下图是一个前两天说起过的模组中应用FPC的专利，FPC属于序号5的一部分，那些伸出来的触角就是FPC。用来与电池连接条直接连接。值得注意的是，专利申请日期是2015年的。
电池模组中电池连接系统的分解结构示意图
其中，5电池管理单元；6连接条；7两个输出电极；8线束拌。
网上还看到这样一个实例，FPC在动力电池模组上的应用，如下图所示，也是FPC与电池连接条直接连接的方式。
国内主要柔性电路板企业
丹邦科技，中国最大的柔性材料到柔性封装基板到柔性芯片器件封装产品供应商；金鹏源康，主要生产单、双面和多层柔性电路板，美国IBM、英国AIRSPAN、日本HITACHI、NEC、美国高通、韩国三星、LG都是它的合作伙伴；光莆电子，是国际知名企业的供应商，比如：富士康FOXCONN、联想LENOVO、飞利浦PHILIP、LG、三菱MITSUBISHI、LITEON、CPT；弘信电子，专业制造FPC，是联想、京东方、深天马、欧菲光、莱宝高科、群创光电等国内液晶制造大户的供应商；上达电子，京东方、比亚迪、光联科技和天马微电子等的供应商；精诚达，客户包括，索尼、LG、日立，hannstar ，sharp、synaptics、宇龙、联想、中兴、广达、欧菲光、奇美、舜宇集团、超声、比亚迪。
本文由“动力电池技术”整理自电子发烧友，维信FPC，129lab， FPCworld ，其余图片来自互联网公开资料。只做学习交流之用，转发请注明出处。
