新能源汽车FPC/CCS微裂纹、CAF与失效分析

在


新能源


汽车动力电池系统中，柔性印制电路板（


FPC


, Flexible Printed Circuit）与电芯连接系统（CCS, Cell Cont


ac


t System）正承担着越来越关键的角色。从电芯电压采集、温度监控，到均衡控制与


信号


传输，FPC/CCS已成为


电池管理


系统（BMS）不可或缺的“


神经网络


”。随着CTP（Cell to Pack，电芯直接集成至电池包）、CTC（Cell to Chassis，电芯直接集成到底盘结构）、800V


高压


平台以及超充技术的快速普及，动力电池系统对FPC/CCS长期可靠性的要求被推向了前所未有的高度。

然而，真正危险的失效，往往并非肉眼可见的宏观缺陷，而是隐藏在微米尺度中的潜伏风险。这些隐患在产品出厂时可能完全符合


电气


测试标准，却在长期服役过程中逐渐演变为信号异常、采样失效、绝缘下降乃至短路，最终威胁整车安全。

为什么新能源汽车FPC/CCS更容易发生失效？

动力电池系统工作环境复杂，FPC/CCS产品长期承受以下影响：

高温环境

温湿循环

长寿命疲劳应力

机械


振动

热冲击

同时需在400V至800V甚至更高电压平台下工作。

高温、高湿、机械应力与电场长期叠加作用，容易诱发：

铜线路疲劳裂纹

孔铜开裂

电化学迁移

CAF绝缘失效

这些问题已成为新能源汽车FPC/CCS产品可靠性验证过程中重点关注的风险项目。

微裂纹：看不见的断路风险

线路裂纹往往发生在：

孔铜区域

导体转角区域

热应力集中区域

裂纹形成初期：

✓电测正常

✓功能正常

✓AOI正常

但随着热循环和机械振动持续作用：

对于新能源汽车BMS而言，可能造成：

电压采样异常

温度采样漂移

通讯故障

系统报警

典型案例：孔铜裂纹失效

孔铜裂纹金相分析结果：

红色箭头位置可观察到孔铜与导体连接区域出现明显裂纹。此类裂纹通常由热循环膨胀收缩或机械疲劳引起，是新能源汽车FPC长期可靠性验证中的重点关注对象。

该类裂纹在早期往往不会立即导致开路，却会造成导体阻值逐渐升高，并最终演变为断路失效。

四线低阻测试：发现潜伏裂纹的重要工具

传统通断测试只能判断线路是否导通。对于尚未完全断开的微裂纹，其识别能力有限。因此越来越多新能源汽车客户采用四线低阻测试进行评估。

四线低阻测试凭借微欧级的测量精度，可以：

监测回路阻值变化

识别潜伏裂纹

评估寿命退化趋势

从而在失效发生前发现风险。

CAF：隐藏最深的线路间短路风险

如果说裂纹属于机械失效，那么CAF（Conduc


ti


ve Anodic Filament，导电阳极丝）则属于典型的电化学失效。CAF是在湿热和偏压环境作用下形成的导电通路。

形成过程如下：

CAF案例研究表明，Trace-to-Trace结构中特别容易发生线路间绝缘劣化，是高密度FPC的重要失效模式。

典型案例：CAF绝缘失效

CAF失效截面分析结果：

红色箭头区域显示导体间出现明显迁移痕迹。在高温、高湿及偏压共同作用下，铜离子沿绝缘界面迁移形成导电路径，逐步降低线路间绝缘性能。

最终可能导致：

漏电流增加

电压采样干扰

绝缘下降

线路短路

该失效模式具有较强隐蔽性，是新能源汽车CCS设计验证和材料验证的重要评估项目。

高分辨率检测如何寻找隐藏缺陷？

对于新能源汽车FPC/CCS产品，仅发现问题远远不够，完整的失效分析通常需要多种高分辨率检测手段的综合运用：

X-Ray无损检测

内部裂纹识别

异物检测

空洞分析

C-SAM超声扫描

分层分析

内部界面异常分析

金相切片分析

孔铜裂纹分析

CAF分析

结构确认

3D显微镜分析

导体缺陷观察

微损伤识别

SEM/EDS分析

裂纹源确认

电迁移分析

失效机理研究

目前，SGS已建立覆盖3D-OM、X-Ray、SAT、SEM/EDS、C


ros


s Section以及CAF验证的多维度失效分析技术平台，可为新能源汽车FPC/CCS的可靠性评估提供相关技术支持。

看见微米级缺陷，才能守住整车级安全

新能源汽车行业的竞争正在从“能否正常工作”逐步转向“能否稳定工作十年以上”。

对于FPC/CCS产品而言，真正的挑战并非出厂检测，而是经历数千次温度循环、数十万公里振动及长期湿热环境之后仍能稳定工作。微裂纹可能逐渐演变为断路，CAF导电阳极丝可能最终导致短路，而这些风险往往都始于肉眼难以发现的微观缺陷。因此，越来越多主机厂、电池厂及CCS供应商开始将四线低阻测试、CAF验证、高分辨率检测及失效分析纳入产品研发和量产质量管理体系。

SGS微电子实验室深耕新能源


汽车电子


可靠性领域，可提供FPC/CCS多维度可靠性测试与失效分析解决方案，帮助企业识别潜在风险、解析失效机理，为动力电池系统长期可靠运行提供技术支持。