柔性覆铜板(FCCL)柔性覆铜板(FlexibleCopperCladLaminate,FCCL)具有优异的柔韧性、耐热性和电性能,在柔性电路板领域得到广泛应用,柔性覆铜板主要由柔...
柔性覆铜板(Flexible Copper Clad Laminate,FCCL)具有优异的柔韧性、耐热性和电性能,在柔性电路板领域得到广泛应用,柔性覆铜板主要由柔性基材、铜箔以及胶粘剂组成,根据基材的不同,FCCL 可以分为聚酰亚胺型以及聚酯型等
根据铜箔的不同,可以分为电解铜箔型及压延铜箔型;根据结构不同,可以分为单面、双面以及多层结构;根据胶粘剂的不同,可以分为3L-FCCL和2L-FCCL型;由于超薄化FCCL发展的一个重要趋势,其驱动力主要来自电子、新能源、医疗、低空经济等领域对于器件减重、减薄以及功能化的应用需求。目前主流的FCCL产品结构为2L-FCCL型,但原材料(铜箔、热塑性聚酰亚胺、液晶聚合物LCP、聚酰胺酸浆料)基本上掌握在日本、美国等企业手中,技术壁垒高。
国内厂商已具备3L-FCCL用PI薄膜供应能力,并且与国际巨头的产品性能差异正逐步缩小,预期产能扩张后国内厂商可抢占更多市场。相较于2L-FCCL,3L-FCCL的生产工艺更加成熟,对于PI薄膜基材的要求也更低,国内厂商在这一领域取得了突破性进展。
而随着手机等便携式电子设备持续向高性能化、小型化、轻量化、薄型化发展,2L-FCCL的市场需求持续扩张,2L-FCCL比3L-FCCL更薄:普通型单层3L-FCCL的厚度大概在36~111μm,极薄型单层3L-FCCL的厚度大概在6~40μm;普通型单层2L-FCCL的厚度大概在21~68μm,极薄型单层2L-FCCL 的厚度大概在5.5~34μm。除此以外,相比3L-FCCL,2L-FCCL的可操作使用温度更高、介电常数更低、耐屈挠性更高并且重量更轻,根据数据统计,2L-FCCL占有超过65%的FCCL市场量并且有75%的产值占有率。
FCCL应用领域:
1、消费电子领域
在消费电子领域,如智能手机、平板电脑、笔记本电脑和可穿戴设备等,这些设备追求轻薄设计、高柔性、高性能表现,FCCL被广泛用于连接屏幕、摄像头模块、天线模块、主板与其他组件之间的电路、传感器连接、电池模块连接等环节,FCCL作为柔性电路板材料,可以轻松弯曲和折叠,适应复杂的内部空间设计,使得设备设计更加灵活,此外,FCCL的良好导电性和散热性能有助于这些设备的高效运行,同时能够支持高速数据传输,适应现代电子产品对高速和高带宽的需求。
2、汽车电子领域
汽车电子设备包括车载导航系统、音响系统、驾驶辅助系统、电子仪表盘等,这些系统通常需要复杂的布线和可靠的电气连接。FCCL的柔性使其可以适应汽车内部的曲面和有限空间,通过减少线束和连接器的数量,减轻整车重量,提高系统可靠性。同时,FCCL能够承受汽车环境中的振动和高低温变化,确保长期稳定工作。此外,在雷达、摄像头和控制模块中,FCCL能够帮助实现数据的高速传输和信号处理。
3、通信设备领域
通信设备中,尤其是5G基站、天线和高频器件(滤波器、功率放大器等),要求电路板能够处理大量的数据传输和高频信号。这对FCCL的介电常数和损耗有更高要求,同时它的柔性也有助于实现更复杂的天线设计和设备小型化,从而提高通信设备的效率和性能,良好的热管理也有助于散热,保证设备的长期稳定运行。
4、医疗设备领域
在医疗设备中,医疗设备要求长时间、稳定的工作,FCCL通常被用作传感器和诊断设备的电路板,用于连接传感器和数据处理单元,这些设备要求高精确度和可靠性。FCCL的柔性和生物相容性可使其适用于可穿戴医疗设备,如健康监测手环和体温传感器等,它们可以安全无害地贴合在人体皮肤上,提供准确的生物信号检测。
5、工业控制领域
工业控制系统中的自动化设备、机器人以及工业监控系统等需要复杂的电路布线和高可靠性的连接。FCCL的耐弯折特性和优异的电气性能使其适用于这些高要求应用场景。它们能够在频繁的运动和弯折中保持稳定的电气性能,提高工业设备的可靠性和寿命。工业环境中的电磁干扰到处可见,FCCL 的抗干扰能力同样可以保证数据的准确采集和传输。
6、航空航天和国防领域
航空航天和国防领域对材料的要求非常严格,尤其是卫星、航天器以及军事电子设备等,必须具有耐高温、耐辐射和高可靠性。FCCL在这些领域中用于制造高可靠性的柔性电路板,适用于复杂的电气连接和设备的轻量化设计。其耐用性和可靠性在极端环境下(如高温、高压、振动)保持稳定运行。其轻量化设计,有助于减少航天器、军用设备的重量,起到至关重要的作用。
FCCL市场分析
随消费电子产品(手机、平板、电脑等)、储能和新能源汽车、医疗设备等领域的快速发展,柔性线路板(FPC)相关领域的市场需求急剧扩展。挠性覆铜板(FCCL)是FPC核心原料,2023年,FCCL全球市场规模约2.5亿平米,市场容量约28亿美元,其中常规FCCL(3L-FCCL、coverlay、bondingsheet 等)市场规模约1.76亿平米,市场容量约12亿美元,高端FCCL(2L-FCCL)约7400万平米,市场容量约16亿美元,受消费电子、新能源、低空经济、医疗设备增长驱动,未来FCCL市场潜力将更大,年增长率约7.2%。区域市场方面,北美市场主要受到汽车电子和医疗设备需求的驱动,尤其在自动驾驶技术的发展下,车载电子产品对柔性覆铜板的需求增长显著。欧洲市场则受益于物联网技术的普及,工业自动化和智能家居产品对柔性覆铜板的需求日益增加。亚太地区是全球柔性覆铜板最大的市场,尤其是中国、日本和韩国等电子制造业发达的国家,该地区的消费电子产品、新能源产业、5G通讯行业生产规模巨大,是市场增长的主要动力之一。
FCCL原材料发展现状
1、铜箔
FCCL的制造中常用的两种铜基板材料是压延铜(RA)和电解铜(ED)
ED铜:目前国内FCCL用ED铜箔企业基本上实现了国产化,代表企业有龙电华鑫、铜冠铜箔、德福科技等,基本厚度为12~70um,一面粗糙一面光亮,光亮一面用于印制电路,粗糙面与覆铜板相结合;高端铜箔,例如 RTF、HVLP、HVLP2等系列铜箔,目前国内品质不稳定,市场主要被日本三井、日矿、台湾长捷士等企业占有,高端FCCL用铜箔以进口为主;
RA铜箔:美日企业掌握精密轧制、退火工艺及表面处理技术,尤其日本企业(日矿金属、福田金属等)占据全球80%以上市场份额,在超薄铜箔(如4-7μm)和高精度产品领域具有绝对优势,其产品技术指标显著领先,例如日矿金属的压延铜箔可做到7-70μm厚度、耐折弯次数≥30次、抗剥离强度≥1.5N/mm,美国奥林黄铜和日本日立电线可满足5G高频高速通信对铜箔低粗糙度(HVLP)的要求,而国内同类产品在均匀性和稳定性上仍存在差距。
2、热塑性聚酰亚胺(TPI)
近年来,FCCL的主要市场为2L-FCCL型,采用含TPI层的聚酰亚胺薄膜与铜箔热压制备2L-FCCL,TPI目前国内处于研发阶段,全球80%以上市场被日本Kaneka占有,价格昂贵,供货周期长,国内企业完全依赖进口;
3、液晶聚合物(LCP)
采用含LCP薄膜与铜箔热压制备2L-FCCL,成为5G天线、基站和车载雷达的理想选择。随着5G技术对高频(毫米波频段)和高速信号传输提出更高要求,传统PI基材因介电损耗(Df)较高(约0.002-0.004)难以满足,而LCP的介电常数(Dk)可低至2.9-3.2,介电损耗低至0.001-0.002,显著降低信号衰减,例如,苹果iPhone天线模组已采用LCP-FCCL以支持高频性能,但是高端LCP-FCCL仍依赖进口,日本企业如Kuraray(品牌Vecstar)在LCP薄膜和FCCL领域占据技术优势,其Vecstar™ LCP薄膜年产能达180万平方米;
4、聚酰胺酸浆料(PAA)
PAA 浆料涂布法制备2L-FCCL是近几年来的技术突破,目前国内尚无产业化 PAA 浆料产品,主要由日本、台湾等少数企业提供,且价格昂贵,产品信息严格保密,并不对大陆销售。
uFCCL制造技术路线
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、上海联净以自主研发的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%。
上海联净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。
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。
FCCL未来发展趋势
1、轻薄化和高性能化
随着电子设备的不断小型化和功能多样化,对FCCL的要求越来越高。消费电子,尤其是3C、可穿戴等设备厂商正致力于开发更加轻薄、高强度的材料,以满足市场对高性能、轻量化产品的需求。FCCL的轻薄化,高性能化将成为一个热门研究方向。
2、高频高速传输
随着移动通信向5G时代演进,移动通信已经由人与人之间的连接转向万物互联。5G通讯是依靠半导体材料和器件,实现无线电磁波远距离传输、收发、处理的通信技术,具有“高速率、低时延、大容量”等特征,正成为科技产业最新风口。因此,能够支持高频高速信号传输的LCP-FCCL材料逐渐成为市场的主流。
3、环保与可持续性
环保法规的日益严格和可持续发展意识的增强,促使企业在生产FCCL时更加注重环保材料的使用和生产工艺的改进。2023年,欧洲化学管理署(ECHA)了公开了针对全氟和多氟烷基物质(PFAS)的限制草案,将对氟化工行业及下游应用产业产生深远的影响,因此无卤素、低VOC排放的FCCL产品逐渐受到市场的青睐。
4、多功能化
除了作为电路基板材料,FCCL在多功能集成方面也取得了进展。例如,一些先进的FCCL材料能够集成电磁屏蔽、热管理、透明等功能,为电子设备提供更多的附加价值。如何实现多功能化将成为未来的产品发展趋势。
柔性覆铜板作为现代电子产业的一种关键材料,其技术发展迅速,具有广阔的市场前景和应用空间。随着新材料和新工艺的不断引入,柔性覆铜板将在更多高端电子产品中得到应用,为行业带来更多创新和突破。
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