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挠性印制电路(Flexible Printed Circuits，简称FPC)已在PCB制造领域得到广泛应用。I-Connect007编辑团队采访了Altix公司的Alexis Guilbert、Damien Boureau和Alexandre Camus。他们介绍了FPC技术的应用领域，卷对卷技术与直接成像技术的优点，挠性电路可以达到的长度，最适合超长电路的技术，客户如何确定应该选用何种技术？最后概述了FPC的发展趋势及其对PCB制造商的意义。
Nolan Johnson：本次采访是为了深入了解Altix持续开展的卷对卷技术研发工作。你们认为哪些因素推动了卷对卷技术市场的发展？
Alexis Guilbert：因素之一是蓬勃发展的汽车市场。更具体地说，是电动汽车电池制造市场，正在呈现巨大的增长。有一份报告提到，今年市场规模将增长70亿美元。我认为挠性印制电路市场正在不断增长，因为它取代了导线，例如，过去一直是用线束连接，而现在采用FPC连接，节省了组装时间和空间，且节省了汽车的空间和质量。与普通导线相比，空间节省了50%。当然，通过FPC，还可获取温度、电压等所有变量的数据。
Alexandre Camus：主要推动因素包括电池组、互连、传感器和线束替代。我想强调的是，对于电池组互连，它主要用于电动汽车，但在传统汽车中将会采用更多的FPC技术。电动汽车和自动驾驶汽车是不断增长的领域，这是一个生机勃勃的市场。
Johnson：特别是对于汽车行业来说，听起来FPC正在取代一些线束。
Guilbert：是的，基本上可以取代线束。这是卷对卷接触式丝印设备和直接成像(Direct Imager ，简称DI)设备的主要推动因素之一。
Johnson：挠性电路取代线束有什么附加价值？为什么挠性电路比传统线束更好？
Guilbert：挠性电路可节省空间，减轻质量。对于一辆车来说，空间和质量是非常重要的关键特性。采用挠性电路技术后，可节省部件数量和装配时间。在电动汽车中，它可向电池管理系统(Battery Management System，简称BMS)提供温度或电压等数据。再深入说明，有针对电池的热管理系统，还需要把这些数据发送到BMS。通过通信，将传输大量数据到仪表盘，而不仅仅是传输到BMS。这是驾驶员驾驶汽车所需的数据。
Johnson：在这种情况下，通过使用挠性电路，可以将更多的数据通道装入更小的空间？
Camus：因为节省了空间，可以获得更多功能，因此是双赢。这是明显的提升，没有负面影响。
Barry Matties：与线束相比，在消除串扰或噪音方面，FPC是否存在优势？Guilbert：是的。与线束相比，FPC的噪音问题更少。事实确实如此。
Matties：这可能也是设计方面的一大优势。我们讨论了FPC在汽车领域的应用，但你是否也看到了FPC在商用或军用飞机领域的应用发展趋势？
Camus：是的。FPC有在军事及民用无人机的应用案例。我们尚未看到FPC市场发展的尽头，其应用仍在增长。
Matties：采用卷对卷技术，对长度没有限制，对吗？
Guilbert：没错。
Damien Boureau：事实上，这是卷对卷技术中与接触式丝印设备或直接成像设备结合的一部分。我们可以为客户提供各种选择，帮助他们生产无限长的挠性电路。我们增加了一些功能，比如在卷材上将图像拼接在一起，或者剪切很长的图像，以便我们可以在最后重新组合它。
Johnson：是否有其他市场领域正在走向卷对卷技术？
Guilbert：是的。我们看到医疗领域采用了更多的设备。例如，我们看到一些FPC制造商制造医疗导管。FPC制造商似乎可以为此类产品开发新的有效方法。通过使用FPC，可以节省成本并提高此类产品的性能。还有，应用于微创手术（Minimally Invasive Surgery ，简称MIS）的产品，是两米长的FPC，运行时轨道非常小，间距在35~50μm之间。我们看到制造这种产品的需求越来越大。
Johnson：我没有想到FPC甚至可以用于超长医用导管。我原以为FPC可以满足在非常小且灵活的空间中传输更多数据，或是相当长的距离（数米）内传输数据……类似的设计需求。
Guilbert：是的。作为曝光设备制造商，这是最难的挑战。我们必须应对能够在超长（约2米，甚至更长）且非常精细的线宽和线距上传输数据的FPC，因此，开发了Adix Roll to Roll（RtR）设备，目前它已经运行了4~5年。正如Damien所提到的，由于开发了新的剪切功能，我们现在能够满足市场上的此类需求。
Matties：制造商需要具备什么条件，才能将这项技术融入到当前的制造过程中？他们必须在制造过程中做出重大改变才能将此类产品带给客户，还是此项技术只需简单添加到工艺即可？
Boureau：需要改进整个工厂内的卷处理。然后将剪切功能作为附加功能，基本可即插即用。我们可以加载来自客户的Gerber文件，将其剪切成多个部分，分别曝光，并将其拼接在一起。
Matties：是否有客户需求？是否有更多的制造商希望将FPC添加到他们的产品组合中？
Boureau：需求来自医疗领域以及电池应用。
Guilbert：很少有客户要求提供原始设备，而不要求提供拼接或剪切功能。考虑到预期的线宽和间距为50μm，不可能用传统丝印设备来实现这样的产品，比如，用钢网丝印焊料是不可能的。在这种情况下，对于具有不同图像的超长FPC，Adix RtR是必需的。
Johnson：挠性电路在天线、RFID和其他类型的信号应用中被广泛使用，其中卷对卷技术似乎很有帮助。
Guilbert：我们正在与几家FPC制造商合作，在美国、欧洲和亚洲开发各种高频天线。所有这些产品都以完整的格式交付。作为天线和RFID的一部分，他们也在研究长挠性分离。目前有250~550mm的不同卷材宽度。直接成像卷到卷可以通过拼接功能实现。我们可以曝光重复的图像，且所有图像都能被连接。而且，对于这类工艺，传统接触式丝印设备更适合无休止的曝光。
Johnson：汽车、医疗、天线和RFID的共同挑战在于如何充分利用拼接和剪切功能。对于每个细分市场，使用相同的制造功能，但可实现不同的目标。制造中的拼接和剪切环节是如何完成的？
Boureau：事实上，当考虑底片曝光传统装置时，我们讨论的是拼接。在这类工艺中，我们有掩模通过光刻工艺转移到卷材上，多次重复此图像。沿着卷材完美地重复所有图像，这样就可以直接完成下游工艺，而无需进一步对准。当讨论剪切时，我们使用Adix卷对卷设备，这也是直接成像工艺。这是为了在卷材上制作超长图像，长度从0.6~100m或更长。在这种情况下，由于设备不能一次完成所有操作，必须在开始时剪切Gerber文件，并将剪切的每个部分放在卷材上作为一个步骤，然后使用图像的第2部分、第3部分、第4部分，依此类推。最后，整个图像在卷材上重新组合。所以，这是使用Adix现有设备的两种完全不同的工艺。
Johnson：例如汽车、RFID的短距离无线信号等应用，听起来很适合卷对卷方式，但在选择接触式丝印设备和直接成像设备时，设计师和制造商如何确定使用哪种设备？Guilbert：这取决于所需的产量和预期的分辨率。首先，如果客户正在寻找高吞吐量设备和同时进行双面曝光，那么可以肯定的是，传统的卷对卷设备是可行的。我们现在有LED光源，其耗电量非常低。这类设备将是完美的。如果客户希望曝光很长的图像，则必须使用卷对卷直接成像设备。这只是Adix RtR的优势之一。我们还利用设备开发了面板功能，在进行样品或小批量生产时，用户可以曝光小面板。
Boureau：与传统曝光设备相比，卷对卷直接成像设备具有更广的通用性。如果希望设备能够处理超长表面以及小批量，或者需要非常精密对准或较小图像失真的批次，可以使用直接成像设备。这是底片曝光设备无法实现的制约因素，更侧重于可重复且生产率极高的工艺。
Camus：为了充分利用剪切和拼接功能，我们设计和生产了完全可定制的放卷机和收卷机系统。客户表示，可适应目前生产线的能力。我们得到了一些非常好的反馈。说实话，这帮助我们赢得了一些订单，所以我们感到很开心。
Johnson：有哪些部分需要定制？是所谈论的材料、应用还是正在制造的表面长度？如何设置定制的收卷机和放卷机？
Guilbert：我们提供3种类型的收卷机和放卷机，可在不同的技术领域发挥作用。首先是内轴直径。有时，内轴直径是3~6英寸，所以Altix可以调整轴直径的大小。另一亮点是质量。一些光化学领域客户正在使用FPC，可以调整轴对应不同的线圈质量，在最大线圈直径上发挥作用。在这种情况下，我们必须重新调整收卷机和放卷机系统的尺寸。为了最终不损坏产品，我们利用系统上的整卷大小来限制产品的变形。这些是我们可以定制的放卷机/收卷机的不同方面。
Boureau：主要参数是客户希望用Adix系统生产的产品类型，涉及材料类型、宽度、厚度和材料数量。通过这些主要特性，我们可以为其应用设计合适的收卷机系统。
Johnson：展望未来，挠性电路制造商需要考虑哪些新发展趋势或需求？
Boureau：我们看到了对特定卷材宽度的更多需求。目前Adix的设备可处理宽度小于550mm卷材， 但新需求要求卷材宽度达到600mm以上。现有应用是在汽车领域，但我们收到相关天线应用的咨询，尤其是5G应用。发展趋势之一是曝光表面的扩大和图像的扩大。
Camus：我们看到了很多关于电动汽车市场的公告，特别是在欧洲，尤其是关于供应链和价值链，要实现电池生产本地化，而不是依赖其他国家。我相信美国也在做类似的事情。因此，我们认为这也是一种发展趋势。
Johnson：是的，供应链弹性是整体发展趋势。
Camus：这对我们来说是好消息，因为这意味着将不断有新工厂开业，为我们提供了更多销售设备的机会。期待未来几年，尤其是在卷对卷市场，我们能够占领更多市场份额。
Johnson：从OEM或设计团队的角度来看，他们将产品组装在一起，并希望使用一些需要卷对卷的挠性应用，对于如何进行设计，您会提出什么技术建议？他们如何在制造产品时最好地利用这一功能？Boureau：他们生产FPC面临的主要问题之一是工艺过程中的机械或热变形。挠性电路是一种非常灵敏、可弯折的材料。这种FPC是单面的、简单的电路或多层电路，从工艺开始到结束，它将经历多种设备。考虑正确的材料类型，例如铜和基板厚度，对于实现产品目标非常重要。即使设备设计可避免卷材的任何压力，如果客户试图达到超低分辨率，但由于敏感的材料持续变形，他们将很难处理该工艺，最终难以获得优良的产品。当我们的客户有特定类型材料或应用时，我们建议在投资Altix设备之前进行测试，以便证明Altix设备能够处理这种材料。如果没有特定类型材料或应用，我们将与客户讨论如何改进设备或工艺。
Johnson：所以，设计团队有机会在投入使用之前，通过演示设备来测试他们的概念。这对设计新人应该很有帮助。
更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》22年11月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
