FPC连接器市场及技术发展方向分析

【哔哥哔特导读】当前众多电子设备都在往小型、紧凑方向在发展,相应的连接器也要跟进脚步。其中,FPC连接器就是紧凑型应用中不可或缺的“神器”。本文将从FPC连接器的应用市场、发展方向及技术难题进行分析。

世界上第一台电脑在上个世纪40年代刚问世时足足有一个房间这么大,而到了今天电脑已经可以做到手掌大小,我们见证了技术创新使得各种电子设备越来越小型、紧凑。随着电子设备中的结构越来越集成化和模块化,相对应的连接器也要朝着相应的趋势同步发展。其中,FPC连接器是紧凑型应用中需求量最大且最为重要的方案之一。

应用范围广 需求量大

作为柔性电路板的主要功能配件之一,FPC连接器现已成为柔性电路板生产的主要类别之一,符合电子设备快速小型化的发展趋势。可以说FPC连接器的开发是由柔性电路板触发的,并且具有越来越大的影响。

由于FPC连接器使用更为灵活、更节省空间的同时还可有效的节约成本,因此在紧凑型应用中需求量极大。“FPC连接器的体积小、重量轻、厚度薄,可有效地降低产品的体积和重量,增加携带上的便利性。同时,FPC连接器具有柔性化的特征,可加强三维空间内组装的利用率。且组装工时短,可省去多余的排线工作。”东莞市康瑞电子有限公司业务经理杨武晓说到。

基于以上特点,FPC连接器下游应用领域正在不断拓宽,在各种数码通讯产品、便携式电子产品、家电、电脑周边设备、测量仪器、汽车电子、工控航天、LED照明、医疗等领域都有FPC连接器的身影。

1、消费电子是主场

作为柔性电路板的一个功能部件,FPC连接器在以智能手机为代表的电子设备迅速向小型化方向发展的背景下,已是目前消费类电子设备内部采用柔性电路来连接电路板的主要连接方式。FPC连接器应用最广的下游市场为消费类电子,如今,国内消费电子市场的发展十分迅速,叠加电子产品轻量化和折叠化的发展趋势,消费电子对FPC连接器的消费量占比超过70%。

Strategy Analytics最新发布的研究报告《 2014-2024年全球消费电子产品市场预测》指出,2020年,消费者对家用电脑、平板电脑和游戏机的强劲需求推动消费电子贸易收益达到3585亿美元,比2019年增长7%。

报告指出,由于数百万的消费者需要新的设备来工作和学习,因此,2020年家用电脑和平板电脑的出货量增长11%,达到3.96亿台;收益增长17%,达到1990亿美元。同时,由于新游戏机的推出以及疫情封锁,游戏机收益增长18%,达到119亿美元。

在人们日常用得最多的智能手机中就有FPC连接器的身影,FPC连接器可用于后置指纹识别模块的连接、主副板的连接、手机屏接驱动电路(PCB)的连接、电池连接等。而Strategy Analytics最新发布报告显示,2021年,全球智能手机出货量将达到13.8亿部。从手机的用量可看出,FPC连接器在消费电子中的应用是十分庞大的。

目前,消费类电子的产品和需求量仍在不断的增加。根据CBNData《报告》显示,全球消费电子市场规模持续增长,2021预计突破4000亿美元。

2、可穿戴设备成新增长动力

值得一提的是,智能穿戴设备已经成为了消费电子市场的新宠,引领着新一轮消费电子的爆发。

在2020年智能产品消费市场中,消费者用在可穿戴设备的支出达到690亿美元,同比增长49%;预计2021年将达到815亿美元,同比增长18%。同时,全球可穿戴设备的销量将在2030年之前超过20亿部,这将超过智能手机的销量,未来可穿戴设备的增长空间巨大。

FPC连接器轻薄、可弯曲的特点正契合穿戴设备要求,是可穿戴设备的首选连接器件,可穿戴设备成为了FPC连接器新的增长极。

数据来源:IDC

IDC发布的2020年第四季度全球可穿戴设备市场报告显示,2020年全年整体出货量为4.447亿部,同比上升28.4%。其中,2020年中国可穿戴市场出货量接近1.1亿台,同比增长7.5%。据了解,单个智能化蓝牙耳机和手表数量会用到1个FPC 连接器,据此估计,FPC连接器的市场规模可达上亿个。

其中,TWS蓝牙耳机和智能手表/环是可穿戴设备增长的主要推动力。Strategy Analytics副总监Ville Ukonaho表示:“2020年,耳机和手环/表合计占全球可穿戴设备销量的98%。TWS蓝牙耳机和苹果AirPods或小米Mi Watch等智能手表是当前推动可穿戴设备增长的两大细分类别。”

3、汽车电子化带来增量

传统汽车中电子设备仅占成本25%左右,随着传感器技术应用的增加和互联网对汽车的逐步渗透,汽车的电子化趋势越来越明显。未来随着汽车自动化、联网化、电动化趋势的加深,汽车电子占整车成本的比例有望超过 50%。

未来随着汽车智能化和电动化出于对轻量化的需求,设备内部的电路板FPC连接器的采用比率将大幅提升。随着智能汽车在ADAS、照明、娱乐、导航和安全系统等功能方面的进步,FPC连接器被大量用于无线电装置、GPS装置、LCD 显示器以及娱乐设备等。同时,FPC连接器也可满足车载要求的温度条件、双触点等要求,具备高可靠性。

此外,由于FPC连接器重量轻、集成度高、布线密度高及可靠性高,因此也可用于军事、航空航天和工业领域,这些领域对机器内的布线要求更严苛、更灵活,这也就带动了FPC连接器的新发展。在医疗设备方面,FPC连接器能够帮助实现手持式设备所需的微型化,包括监视器设备等。

FPC连接器的发展方向

FPC连接器主要应用于各种数码通讯产品、便携式电子产品、电脑周边设备、测量仪器、汽车电子等领域,已成为了大多数电子设备中不可缺少的零部件。其优势也十分明显,密度高、体积小、重量轻,可减少空间占用、降低重量及成本。为适应电子产品的发展,FPC连接器的技术也在不断的更新迭代,高速微型将是大势所趋。

1、小型精密化

电子设备的日趋小型化正在推动着柔性连接器向这更小间距、更薄厚度方向发展,小pitch、低高度、多pin数的FPC连接器就是未来的主要发展方向。

据了解,国际上的最小间距可实现0.175mm;国内FPC连接器最小间距可实现0.2mm。

灿达电子工业股份有限公司协理周坤华说:“FPC连接器越小型、越精密、pin脚越多才不会占用PCB板上面有限的空间,这样才能够达到高度集成的效果。”灿达电子此前布局在消费领域里面的一款FPC连接器,把0.5mm pitch 的整体高度做到了0.9mm,整体尺寸可比0.3mm间距的还要小。

2、高频高速化

除小型化、精密化外,高频高速也是连接器的发展方向,在汽车电子领域、中高端智能电子设备中会得到广泛使用。

以液晶电视为例,高清电视从2K向8K进军,朝着高帧速率、高清晰度发展,对连接器的传输也提出了新的要求,而信号传输线、屏蔽线、LVDS线这类传统排线式的工艺成本高且复杂,FPC连接器可以很好地替代传统的排线进行连接,不光工艺在不断地进步,还可降低成本。

康瑞电子杨武晓表示,FPC 连接器可以通过增加接线层和弹性结构设计来构成线路的阻抗,形成高速传输的电路,满足高频高速传输特殊的要求。

随着FPC连接器的技术不断地进步,在内部空间紧密的情况下也能实现高速传输,因而会被广泛应用。

围绕技术攻关解难题

FPC连接器的特性使然,它比一般连接器更小更轻薄且具备柔性的特征,因此也会面临着一些技术上的难题。

康瑞电子杨武晓表示,FPC连接器与常规的连接器相比,它的素体的结构更薄,更短小,注塑、插片上都存在一定的难度,例如在注塑过后,塑胶受热以后会容易变形。

东莞市钿威电子科技有限公司工程主管陈信机说:“当FPC连接器做到更小更轻薄的时候,塑胶不易成型,易产生不稳定的饱模现象,同时对产品的翘曲要求更高,也对注塑模具零件加工精度要求高,所以在设计这些连接器的时候,就要考虑材料、机器的选型以及一系列的验证。”

生产时所用到的材料、模具、生产设备都会影响到一个精密FPC连接器的生产。

“生产的模具,生产一款产品需要开发一个模具,模具里面可能零件有上千个,如果每一个零件都有0.001毫米的偏差,上千个组装在一起,偏差值就大了。”灿达电子周坤华说,生产和可靠性是FPC连接器最重要的两大问题。

可靠性是FPC连接器最重要的性能表现指标,因此,无论是从塑胶模流、端子性能、正向力,还是FPC连接器的盖子,都要求设计师在产品量产前就采用各种软件进行细致全面的分析,以确定其强度、结构,确保连接器的质量与设计上的可靠性。

钿威电子陈信机说:“对于精密的FPC连接器,五金模具零件小,强度弱,加工精度要求高,因此,在模具设计时,除了要综合考虑材料的选择外,还需重点考虑零件结构补强强度的问题;对于塑胶,选择高流动性、低翘曲、耐高温的材料,注塑机选择性能高效稳定的品牌机器;同时在开发中需对塑胶件进行模流分析(Moldflow)。”同时补充说:“对于加工精度要求高的模具零件钿威电子都是自行加工的。”

国产化程度高,但仍存差距

在FPC连接器应用得最广泛的消费电子领域,国内的FPC连接器占据了大部分的国内市场分额,且用量最大,国产化程度高。同时,FPC连接器的应用目前以0.5mm pitch为主,0.3mm pitch产品也已大量使用。又随着国内FPC连接器的技术也在逐步成熟,主流的型号国内市场均可做到。

同时,国内的FPC连接器在交期和价格上都十分具备优势。

“目前国内的整机厂商大部分都是选择国内的FPC连接器,且国内的连接器厂商布局FPC连接器已有多年,技术已十分成熟。”东莞市连大精密制品有限公司总经理吕镇源说到。

但是,应用在中高端领域仍掌握在国外大厂的手里。虽然在消费电子领域国产化程度高,但在军工、医疗及中高端电子设备中仍是选择国外知名的连接器厂商的FPC连接器。

目前国内最小的间距可做到0.2mm pitch,可做到0.3mm间距的厂家也占少数。

上文提到,目前FPC连接器的最小间距可做到0.175mm,且国外一些实力较强的的连接器企业0.2mm间距的早已开发并应用成熟。

“不要看中间就差了个0.1毫米,但这个可能就是一道鸿沟。”灿达电子周坤华说,这些难点单独某一个厂商可能确实还没有办法解决,因为它涉及到多个方面,包括模具、材料、生产的设备以及自动化组装等多个因素,需要这些领域共同进步才能解决。

总结

综上,FPC连接器往更小型化、高频高速及可靠性方向发展,同时FPC连接器的柔性化特征也有着无可比拟的优势,随着未来设备越紧凑、轻便、高速都将依赖于FPC连接器。虽然国内外的FPC连接器在技术上仍存差距,但是市场上主流的FPC连接器,国内厂商技术已经相对成熟且相关产品也在市场上广泛的使用。叠加FPC连接器的应用端市场规模仍在不断扩大,这也就决定了国内的FPC连接器市场的未来发展潜力是巨大的。

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