扁平電纜(FFC)為電氣架構(gòu)帶來新的發(fā)展空間

車輛架構(gòu)正處在一個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)型期。隨著電動(dòng)汽車的興起，面臨著一次架構(gòu)設(shè)計(jì)上的重大突破，這代表了重新思考電氣和電子架構(gòu)設(shè)計(jì)的絕佳機(jī)會(huì)。同時(shí)，由于混合動(dòng)力和內(nèi)燃機(jī)車輛中仍存在大量現(xiàn)有內(nèi)容，這使得采用創(chuàng)新方法變得同樣重要。從12V轉(zhuǎn)變到48V的趨勢(shì)跨越了所有車型，為重新審視整個(gè)過程中所使用的電線和連接器提供了契機(jī)。

在這樣的背景下，扁平電纜已經(jīng)成為在特定情況下進(jìn)行電源和信號(hào)連接的關(guān)鍵選擇。柔性扁平電纜和柔性印刷電路是主要的兩種類型，它們?cè)诔叽纭⒅亓?、散熱和自?dòng)化方面都展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

為了充分利用這些優(yōu)勢(shì)，需要新的制造技術(shù)、組件和連接系統(tǒng)，并且開發(fā)它們將開啟設(shè)計(jì)靈活性的新境界。

實(shí)施再次評(píng)估

在對(duì)當(dāng)今電池電動(dòng)車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行審視時(shí)，可以明顯觀察到其構(gòu)造的扁平化特征，這主要是由于電池組模塊以類似瓷磚的方式緊密排列于駕駛艙地板下方所致。同時(shí)，各組件之間通過大量的電源線、信號(hào)線和數(shù)據(jù)線相互連接的情況也尤為突出。

結(jié)合上述兩個(gè)因素，不難理解為何汽車制造商越來越關(guān)注在電氣/電子架構(gòu)設(shè)計(jì)中采用扁平電纜的策略。

扁平電纜技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用并非新現(xiàn)象。自1960年代起，該技術(shù)便被用于車內(nèi)連接，旨在減少空間占用。然而，隨著細(xì)規(guī)格導(dǎo)線和端子的普及，原始設(shè)備制造商（OEMs）傾向于使用圓形導(dǎo)線以滿足其多數(shù)需求。

目前，為支持功能豐富且電動(dòng)化的車輛，行業(yè)內(nèi)對(duì)布線和連接的密度要求已達(dá)到前所未有的高度。在此背景下，扁平電纜展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，包括減輕重量、縮小體積、提高散熱效率及支持更高程度的自動(dòng)化。

扁平線纜的應(yīng)用場(chǎng)所

扁平電纜在現(xiàn)代區(qū)域性架構(gòu)設(shè)計(jì)中顯得尤為重要。區(qū)域控制器通過整合輸入/輸出連接，將線束簡(jiǎn)化并優(yōu)化為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)與中央計(jì)算單元、分布式設(shè)備乃至其他區(qū)域控制器之間的并行電源及信號(hào)連接。與傳統(tǒng)架構(gòu)相比，這種連接方式減少了電線長(zhǎng)度和數(shù)量。

扁平電纜亦適用于狹窄空間的線束設(shè)計(jì)，例如車門、座椅、天線、車頂內(nèi)襯、前后圍板、擋風(fēng)玻璃雨刷加熱器、電動(dòng)后視鏡、前大燈以及尾燈等部位。

扁平電纜的新興應(yīng)用領(lǐng)域包括電源/數(shù)據(jù)總線、直接連接的柔性傳感器至電子控制單元（ECU）、攝像頭除冰和除霧系統(tǒng)、電動(dòng)車電池的電流收集器，以及集成了電壓感測(cè)、溫度感測(cè)和熔斷保護(hù)功能的電動(dòng)車電池互聯(lián)系統(tǒng)。

?扁平電纜復(fù)興

隨著扁平電纜在汽車領(lǐng)域重新獲得關(guān)注，對(duì)連接系統(tǒng)技術(shù)的創(chuàng)新需求日益增加。本文將展示Aptiv最新的解決策略。

扁平電纜的分類及其特性

扁平電纜主要分為兩類：柔性扁平電纜（FFCs）和柔性印刷電路板（FPCs），它們各自具備不同的優(yōu)勢(shì)與局限性。

?柔性扁平電纜

柔性扁平電纜（FFCs）由若干平行排列的直形銅或鋁質(zhì)導(dǎo)體構(gòu)成，這些導(dǎo)體通過擠出熱塑性絕緣材料，如聚氨酯，或與覆蓋材料，例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，進(jìn)行層壓處理實(shí)現(xiàn)絕緣。隨后，利用激光技術(shù)對(duì)層壓材料進(jìn)行切割，以露出導(dǎo)體上的接觸點(diǎn)。鑒于FFCs的直線特性，它們常被折疊以形成所需形狀。

FFCs的連續(xù)生產(chǎn)工藝使其長(zhǎng)度可任意定制。導(dǎo)體厚度可達(dá)1mm以上，但較厚的導(dǎo)體會(huì)使FFCs更為剛硬。單根導(dǎo)體的寬度一般不超過16mm，而FFCs的最大寬度則取決于生產(chǎn)工藝。FFCs的生產(chǎn)是制作扁平電纜中最為迅速且經(jīng)濟(jì)高效的方法。

?可彎曲的印刷電路板

FPCs由柔性銅包層壓板制成。根據(jù)所需圖案，通過掩蔽和化學(xué)蝕刻去除銅，隨后施加帶有切口的覆蓋材料以暴露導(dǎo)體接觸區(qū)域。

FPCs不僅可替代傳統(tǒng)電線，還能取代傳統(tǒng)剛性印刷電路板。它們支持多層導(dǎo)體，并能將電子元件與表面安裝設(shè)備、保險(xiǎn)絲及交叉點(diǎn)整合。與FFCs相比，F(xiàn)PCs更耐用，且支持最大寬度達(dá)600mm。

FPCs通常限于2盎司銅厚度和1.2米長(zhǎng)度，且化學(xué)蝕刻過程產(chǎn)生大量材料浪費(fèi)。除FFCs和FPCs外，其他扁平電纜技術(shù)正為潛在汽車應(yīng)用而開發(fā)，預(yù)計(jì)該領(lǐng)域創(chuàng)新將加速。

表格1

扁平電纜的優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的線束相比，采用扁平電纜具有若干顯著優(yōu)勢(shì)。

?尺寸與重量

扁平電纜技術(shù)使得應(yīng)用較細(xì)導(dǎo)體的同時(shí)保持機(jī)械強(qiáng)度與耐久性成為可能，通常可導(dǎo)致整體線束系統(tǒng)的重量減少達(dá)40%，體積縮小達(dá)35%，這包括了對(duì)連接器、夾具、綁帶等所有相關(guān)組件的綜合考慮。

扁平電纜特有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)這些顯著減量的關(guān)鍵所在。對(duì)于傳統(tǒng)圓線而言，任何尺寸的縮減都受制于單根電纜及其終端必須能夠承受連接點(diǎn)和線束所受的任何應(yīng)力或變形。相比之下，扁平電纜由多層構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)不僅提供了應(yīng)力釋放，還確保了終端連接的牢固性——這使得在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中能夠采用更細(xì)小的導(dǎo)體。

?熱量的散逸過程

相較于圓形導(dǎo)線，扁平電纜展現(xiàn)出卓越的熱性能。具體而言，扁平電纜在相等體積條件下?lián)碛休^大的表面積，有效促進(jìn)了熱量的散發(fā)，從而使得同等體積的導(dǎo)體能夠承載更高的電流。

?設(shè)計(jì)的靈活性

扁平電纜具備多項(xiàng)顯著優(yōu)點(diǎn)。它們特別適合于平面結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，例如內(nèi)置于電池模塊中。其高度的柔韌性使其成為適應(yīng)運(yùn)動(dòng)或小彎曲半徑環(huán)境的理想選擇，例如應(yīng)用于方向盤氣囊中。扁平電纜可以通過粘合劑進(jìn)行固定，無需使用機(jī)械夾具，且無需額外的綁帶或保護(hù)層，這些通常是為了保護(hù)傳統(tǒng)的線束所必須的。

在車輛中，多數(shù)設(shè)備均需電源及信號(hào)連接。本方法允許將電源線和信號(hào)線集成至單一扁平電纜中，該電纜作為連接智能車輛架構(gòu)中主要計(jì)算設(shè)備的“脊梁”。

自動(dòng)化適應(yīng)性

扁平電纜因其穩(wěn)定的固定幾何形態(tài)及堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別適合自動(dòng)化應(yīng)用。該結(jié)構(gòu)便于導(dǎo)體的處理與端接，尤其適合將終端插頭插入連接器或進(jìn)行焊接以連接預(yù)置終端。扁平電纜在模塊化連接系統(tǒng)中表現(xiàn)出色，并能有效利用該系統(tǒng)的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)。通過采用壓力敏感型粘合劑，扁平電纜可由機(jī)器人精確地固定于指定位置。

未來扁平電纜的發(fā)展需求促使了現(xiàn)代化端子設(shè)計(jì)的誕生。歷史上采用的眾多壓接式端子已不滿足USCAR-21規(guī)范，且無法適應(yīng)更高的電流水平，每種扁平電纜的端子系統(tǒng)都需按照最新客戶需求進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)證。

Aptiv公司正致力于下一代扁平電纜端子及連接系統(tǒng)的開發(fā)，特別強(qiáng)調(diào)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)固無電阻電連接的焊接技術(shù)。焊接技術(shù)不僅可靠，還適于自動(dòng)化線束裝配的規(guī)?；a(chǎn)。通過改造傳統(tǒng)母端子并開發(fā)類似“調(diào)音叉”的新型母接口，能為扁平電纜提供多樣化的解決方案。Aptiv公司計(jì)劃利用先進(jìn)的密封劑/膠粘劑以及經(jīng)驗(yàn)證的硅橡膠連接器密封技術(shù)，推出密封性能優(yōu)異的扁平電纜方案。

隨著48V電氣架構(gòu)日益普及，較小導(dǎo)體承載較低電流的扁平電纜應(yīng)用預(yù)計(jì)將隨之增加，48V電源主干網(wǎng)因扁平電纜卓越的散熱性能而獲益匪淺。正如電動(dòng)汽車的廣泛推廣所展現(xiàn)的，向48V架構(gòu)的轉(zhuǎn)變?yōu)橹匦聦徱曑囕v布線提供了契機(jī)。在為48V設(shè)計(jì)的新設(shè)備不斷涌現(xiàn)之際，正是為扁平電纜的并行導(dǎo)體定義優(yōu)化連接器引腳布局的最佳時(shí)機(jī)。

同樣，扁平電纜設(shè)計(jì)也有望滿足高速數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求，例如與攝像頭和雷達(dá)傳感器的連接。扁平電纜有潛力逐步取代同軸電纜和差分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)電纜。

雖然扁平電纜并非適用于所有應(yīng)用，但隨著汽車制造商著手設(shè)計(jì)配備新型電力分配架構(gòu)、數(shù)據(jù)通訊方式更為簡(jiǎn)潔以及整體設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)化的下一代車輛，扁平電纜無疑將成為其中的關(guān)鍵組成部分。