FPC迎脑机接口、半导体领域新机遇
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轻薄柔韧的柔性电路板,正成为连接人脑与计算机的物理桥梁,以及半导体封装小型化、高性能化的关键支撑。
在脑机接口技术从实验室走向商业化应用的过程中,柔性电路板(FPC)因其轻薄、可弯曲、可折叠的特性,成为理想的基础材料。无论是需要植入大脑皮层的侵入式设备,还是佩戴在头部的非侵入式设备,FPC都发挥着不可或缺的作用。
在半导体领域,随着电子产品对轻薄短小、高性能和低功耗的需求不断增加,高密度FPC封装技术正成为突破“存储墙”“面积墙”“功耗墙”和“功能墙”制约的关键路径之一。
脑机接口技术的核心链条是“脑电信号采集→信号放大与处理→数据传输→解码与应用”,FPC在信号采集和数据传输环节具有不可替代的作用。
柔性电路板作为神经电极阵列的基底和信号传输的载体,解决了传统刚性电路板无法适应脑部曲面的难题。无论是侵入式还是非侵入式脑机接口,FPC都能确保微伏级神经信号的稳定传输。
在侵入式脑机接口中,FPC是柔性神经电极阵列的核心基底。它能够贴合大脑皮层,承载微电极并引出信号线路,实现高质量神经信号采集。
这类应用对FPC有极高要求:线宽/间距需≤40μm,具备生物相容性和长期稳定性。
美国NeuroPort阵列包含96个电极,间距400μm,已获FDA批准用于癫痫病灶定位。更先进的NeuroGrid使用网状结构,植入时与组织产生极小机械失配,能稳定记录神经元信号数月。
在非侵入式脑机接口中,FPC用于头环/脑电帽的信号采集端。其柔韧性可适配头部曲面,保障多通道脑电信号的稳定采集和传输。
斯坦福大学团队利用高密度柔性电极阵列,成功让瘫痪患者通过想象实现每分钟90个字符的意念打字,准确率高达94.1%。
脑机接口应用对FPC提出了远超常规电子设备的技术要求。高精密、高可靠和低信号损耗是三大核心技术壁垒。
高精密要求线宽/间距≤40μm,以适配微电极集成需求。这需要FPC制造商具备精密的微细加工能力。
高可靠性要求FPC材料具备生物相容性、耐生物腐蚀和长寿命弯折特性。植入式脑机接口中的FPC需使用生物兼容PI基材,确保长期植入的安全性。
低信号损耗是保证脑电信号质量的关键。微伏级神经信号传输要求信号无衰减、无失真,对FPC的绝缘层介电稳定性提出挑战。
材料创新正在推动FPC性能边界。聚酰亚胺(PI)作为传统FPC基材,因其优良的耐高温性和机械性能被广泛使用。
而液晶聚合物(LCP)正成为高频应用的新选择,与PI相比,LCP在28GHz频段插入损耗降低25%,吸湿率仅为0.04-0.10%,尺寸稳定性提升10倍以上。
未来,可拉伸导体、透明导电材料将为FPC在脑机接口中的应用开辟更多可能。韩国科学技术院开发的液态金属-弹性体复合材料甚至可实现300%的可拉伸性,为仿生机器人皮肤提供了可能。
多家国内FPC企业已在脑机接口领域有所布局。弘信电子作为行业龙头,其柔性电子技术直接契合脑机接口设备需求。公司董事长李强公开指出,柔性电子材料在脑机接口等AI医疗场景中具有巨大应用潜力。
弘信电子在投资者互动平台表示“公司持续关注人工智能带来的机器人及脑机接口的未来机遇”,强调了自身在柔性电子领域的技术积累。
超声电子是A股PCB厂商中布局脑机接口的核心标的之一。公司围绕柔性/精密PCB适配植入式与非侵入式脑机场景,具备医疗级PCB生产经验,符合生物相容性、抗干扰等严苛要求。
金信诺在脑机接口的信号采集和传输环节有潜在应用。公司在柔性电路板和高频、微弱、高速信号传输线缆及连接系统方面的技术,非常适合脑机接口设备的信号传输需求。
目前这些企业的脑机接口相关业务多处于技术储备与客户合作开发阶段,尚未形成规模化产品。它们主要作为潜在的关键零部件供应商角色存在。
随着电子产品向小型化、轻量化、高性能化发展,FPC在半导体封装领域的重要性日益凸显。高密度FPC封装技术对推进电子产品的小型化、轻量化和高性能化起到了重要作用。
封装技术经历了从直插型封装到表面贴装,再到先进封装的演进。当前,技术正从二维封装向三维封装发展,出现了晶圆级封装、系统级封装、扇出型封装、2.5D/3D封装等先进技术。
FPC在芯片级封装中的应用形式多样,包括球栅阵列、芯片级封装、芯片上柔性电路以及多芯片模块等。其中,柔性基板折叠式封装技术由于挠性印制电路基板的快速发展而成为业界研究热点。
三维封装技术是指在二维平面基础上向z轴方向发展的三维高密度微电子封装技术,具有更高的集成度。FPC的柔韧性使其在3D封装中具有天然优势。
台积电已成为先进封装技术创新的引领者之一,相继推出了CoWoS封装、整合扇出型封装、系统整合芯片等。英特尔推出了EMIB、Foveros和Co-EMIB等先进封装技术。
未来,高密度FPC封装技术将朝着小型化和高集成度、高性能和低功耗、异质集成、散热管理优化以及新材料新工艺应用的方向发展。
在脑机接口领域,FPC技术将推动三大融合:与生物体的深度融合、与日常环境的全面融合、与能源系统的协同融合。
柔性电子与生物体的深度融合是重要趋势。从体外穿戴到体内植入,最终实现无感化监测与治疗,模糊医疗器械与人体组织的界限。
在半导体领域,FPC技术将不断突破性能边界。2.5D和3D封装技术将进一步提升芯片的集成度和性能,满足高性能计算、人工智能和数据中心对高密度和高带宽互连的需求。
扇出型封装技术将进一步提高I/O密度,满足移动设备、物联网和可穿戴设备对小型化和高性能的需求,并集成更多功能模块,实现更高的系统集成度。
绿色制造是FPC技术发展的另一重要方向。全球电子产业的环保要求正日益严格,驱动FPC制造向绿色化转型,无卤无磷阻燃剂、无氰电镀工艺等环保技术正在普及。
全球柔性电子市场预计将在2030年达到1020亿美元,年复合增长率21.1%。医疗健康将占据柔性电子应用的35%,成为最大单一市场。随着脑机接口从实验室走向商业化,半导体封装技术不断突破,FPC这一看似微小的技术,正悄然改变人机交互的边界。
未来的FPC将不再只是电路板的“弯曲形态”,而将成为信息、能量与物质交换的智能界面,在万物互联的时代扮演基础设施的角色。从连接电路到连接万物,柔性电子正在开启一个无限可能的新纪元。
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