摘要:在当今飞速发展的电子时代,从我们手中小巧玲珑的智能手机,到功能强大的笔记本电脑,再到汽车里精密复杂的电子系统,众多电子产品的背后都离不开一种关键材料 —— 挠性覆铜板(FCCL)。它虽然看似不起眼,却在电子设备的轻薄化、高性能化进程中扮演着举足轻重的角色。今天
在当今飞速发展的电子时代,从我们手中小巧玲珑的智能手机,到功能强大的笔记本电脑,再到汽车里精密复杂的电子系统,众多电子产品的背后都离不开一种关键材料 —— 挠性覆铜板(FCCL)。它虽然看似不起眼,却在电子设备的轻薄化、高性能化进程中扮演着举足轻重的角色。今天,就让我们一起深入了解这个神秘而又重要的行业。
一、挠性覆铜板究竟是什么?
挠性覆铜板,英文名为 Flexible Copper Clad Laminate,简称 FCCL,也被称为柔性覆铜板或软性覆铜板。简单来说,它是在薄膜等柔性绝缘材料的单面或双面,经过特定工艺,与铜箔紧密粘接在一起形成的覆铜板。它可是柔性电路板(FPC)的加工基材。
图片来源:上海联净复合材料技术有限公司
FCCL 具有诸多令人瞩目的优点。它薄如蝉翼、轻若鸿毛,还具备出色的可挠性,能够随意弯曲、折叠。而使用聚酰亚胺基膜的 FCCL,更是电性能、热性能、耐热性样样出色。其较低的介电常数(Dk),让电信号能够风驰电掣般快速传输;良好的热性能,有助于组件高效降温;较高的玻璃化温度(Tg),保证组件在高温环境下依然能稳定运行。而且,FCCL 大多以连续成卷状形态供应,这为印制电路板的生产带来了极大便利,有利于实现 FPC 的自动化连续生产,以及在 FPC 上进行元器件的连续性表面安装。
二、FCCL 的家族分类
挠性覆铜板主要分为传统有接着剂型三层软板基材(3L FCCL)与新型无接着剂型二层软板基材(2L FCCL)这两大类。三层型挠性覆铜板(3L - FCCL)由铜箔、薄膜、胶粘剂三种不同材料复合而成;而二层型挠性覆铜板(2L - FCCL)则没有胶粘剂,直接将铜箔附着于 PI 薄膜上。由于制造方法的差异,这两类基材的材料特性也大不相同。在应用方面,3L - FCCL 广泛应用于目前的大宗软板产品,而 2L FCCL 则多用于较高阶的软板制造,比如软硬板、COF 等。
图片来源:上海联净复合材料技术有限公司
三、FCCL 的材料技术工艺揭秘
挠性覆铜板主要由绝缘基膜材料、金属导体箔、胶粘剂这三大类材料组成。目前,世界上绝大多数的生产方式是间歇式,主要通过四道大工序依次完成:首先是树脂胶液的合成与配制(制胶);接着进行半成品的浸、干燥(上胶);然后是层压成型(压制);最后是剪切、包装。
聚酰亚胺(PI)薄膜在 FCCL 的生产中应用广泛,用于三层 FCCL、双层 FCCL 和覆盖膜上。三层 FCCL 产品由聚酰亚胺(PI)薄膜 / 聚酯(PET)薄膜、胶粘剂和铜箔压合而成,是目前单、双面 FPC 普遍使用的原料。两层 FCCL 则不使用胶粘剂,直接将铜箔附着于 PI 薄膜上,其各种物理特性均优于三层 FCCL。
图片来源:上海联净自动化科技有限公司
四、FCCL的应用领域:
你知道吗?生活中那些看似普通的电子产品、汽车、通信设备里,都藏着一块 “黑科技” 电路板,它叫 FCCL,今天就来揭秘它的神奇之处!
图片来源:上海联净电子科技有限公司
消费电子界的 “变形金刚”
手机、平板、笔记本电脑,这些天天捧在手里的设备,都在追求 “瘦身” 和高性能。FCCL 就像电路界的 “万能胶”,负责连接屏幕、摄像头、天线这些关键部件。它特别擅长 “变形”,能随意弯曲折叠,完美适配设备里的犄角旮旯,让工程师在设计手机时想怎么凹造型都行。而且它导电性强、散热快,刷视频、打游戏不卡顿的背后,都有它在默默 “打工”,还能满足 5G 时代数据 “飙车” 的需求。
汽车里的 “智能管家”
现在的汽车越来越智能,导航、音响、自动驾驶这些功能背后,都离不开复杂的电路。FCCL 在汽车里就是个 “空间管理大师”,车身内部曲面多、空间有限,它能灵活走位,减少一堆线束和连接器,直接给汽车 “减重”。汽车天天颠簸,还要经历暴晒和严寒,普通电路板早就 “罢工” 了,但 FCCL 就像个 “钢铁战士”,在各种极端环境下稳如泰山,保证雷达、摄像头这些 “眼睛” 和 “大脑” 的信号秒速传递。
通信设备的 “速度担当”
5G 基站为啥能让网速快到飞起?FCCL 功不可没!5G 时代的数据传输量巨大,对电路板的要求极高。FCCL 不仅介电常数和损耗控制得超优秀,还能助力天线 “七十二变”,让基站体积更小、信号更强。它出色的散热能力,能给基站 “退烧”,保证 24 小时不间断 “狂飙”
医疗设备的 “贴心卫士”
医疗设备关乎生命健康,容不得半点马虎。FCCL 被用在传感器和诊断设备里,就像个 “精密连接器”,保障数据传输分毫不差。在可穿戴医疗设备上,它更是 “温柔担当”,因为生物相容性好,戴在手腕上监测健康数据,既舒服又安全,能精准捕捉每一个生命信号。
工业领域的 “钢铁侠”
工厂里的自动化设备、机器人,每天都在重复高强度工作,电路得经得起 “折腾”。FCCL 就像给设备穿上了 “金钟罩”,耐弯折能力超强,在频繁运动中也能保持稳定的电气性能。工业环境电磁干扰多?它还有 “抗干扰护盾”,确保数据采集和传输零误差,大大延长设备使用寿命。
航空航天的 “太空战士”
卫星、航天器要在高温、辐射、失重的太空环境工作,对材料要求堪称 “变态”。FCCL 凭借耐高温、耐辐射的 “超能力”,成为制造柔性电路板的首选。它不仅能满足复杂的电气连接需求,还能给航天器 “减肥”,减轻的每一点重量,都能让火箭发射节省大量燃料,在国防军事领域更是 “国之重器” 的关键一环。
五、FCCL制造技术路线
▲挠性覆铜板(FCCL)复合设备(来自:上海联净)
1、3L-FCCL 技术
常规3L-FCCL采用环氧树脂作为胶粘剂,将环氧树脂涂布在聚酰亚胺单面或双面,经高温(160℃/2~3min)烘干后,制备单面或双面带有环氧胶层的聚酰亚胺基材,与铜箔经高温(180℃)热压合,制备3L-FCCL板;近年来,3L-FCCL由于较厚,耐温差,尺寸稳定性差,逐步被高端市场淘汰,因此开发 2L-FCCL 成为主流产品;
2、2L-FCCL 技术
采用TPI/LCP等热薄膜材料与铜箔在高温(>300℃)高压条件下,热塑性树脂发生熔融与铜箔粗糙面进行结合,因此这种工艺制造的产品被称为2L-FCCL。多用于生产双面2L-FCCL,黏附力较强,但符合要求的热塑性树脂比较少且设备造价高昂,2L-FCCL具备优异的综合性能,成为高端市场主流产品,尤其是消费电子、新能源、医疗器械、低空经济市场;
3、涂布法技术
涂布法制备FCCL,主要将聚酰胺酸(PAA)浆料涂布在铜箔表面,经过热(100~200℃)处理后形成聚酰胺酸层,而后在氮气条件下,高温(>350℃)亚胺化制备FCCL。PAA浆料目前国内尚无相关技术突破,技术为国外垄断,涂布法制备的 FCCL 具备更低的成本优势,逐步进入高端市场,与热压合2L-FCCL形成竞争,但由于其制备双面结构FCCL工艺复杂,目前主要以单面板产品形态存在。
主要厂商
1、全球主要的FCCL生产厂商包括美国杜邦、日本有泽、村田、新日铁、住友、松下、韩国的斗山电子、NEXFLEX、东丽新材料、台湾的新扬、台虹等。这些企业通过技术创新和产能扩展,巩固其在市场中的领先地位,占据全球81%以上的市场份额。
2、国内上海联净电子以自主研发的2L-FCCL高精度热压复合设备切入LCP-FCCL产业链核心环节。其核心产品——连续式柔性单(双)面覆铜板热压合生产线,成功攻克了高频覆铜板装备的“卡脖子”难题,将产品良率提升至98%以上,能耗降低30%。
该企业2L-FCCL设备攻克了二大核心难点:
1、超精密高温复合工艺控制
对材料热膨胀系数匹配、辊体结构刚性和温度场均匀性均实现突破,在≤400高温环境下25μm级TPI/LCP膜与12μm铜箔的复合,复合机组同时具备超高温稳定性和机械精密性。热压辊温度精度控制在±1℃,辊体机械精度维持±0.001mm(@RT)和±0.005mm(@PT)的径向跳动公差。
图片来源:上海联净电子科技有限公司
2、微观形变补偿技术
热压过程中辊筒受200kN级压力和400℃热载荷作用会产生微米级弹性变形,采用预置中高量的纺锤形辊面设计进行补偿。根据该公司的技术方案,辊筒的中高量(ΔD)需补偿其受载后的弯曲变形。基于材料力学中的简支梁模型,最大挠度(δ)可表示为:其中:q:单位长度载荷(线压力,N/mm);L:辊筒有效长度(mm);E:材料弹性模量(如钢辊 E=2.1 ×105 MPa);I:截面惯性矩(
,D为辊筒直径)。中高量需与挠度匹配,通常取 △D≈2δ。
图片来源:上海联净自动化科技有限公司
六、 未来发展趋势展望
随着电子产品更新换代周期的缩短以及电子垃圾的增多,环保要求日益增强。FPC 中的聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜等绝缘基膜和胶膜基本上无法生物降解,因此,绿色环保的可降解 FCCL 材料将是未来 FCCL 的重要发展趋势。同时,提高生产自动化、智能化水平,探索新的挠性材料和导电材料,提高产品的耐热、耐腐、强度性能,以满足高密度和高速传输的需求,也是行业未来的发展方向。
来源:联净电子