液晶高分子(LCP)膜之應用與發展趨勢

刊登日期:2014/11/27
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前言
因應可攜式智慧型行動裝置的普及化,包括智慧型手機、平板電腦及數位相機等,已成為人們日常生活中不可或缺的必需品,隨著電子產品設計朝向輕薄短小、多功能性、強調低功耗及優異的電氣特性等應用發展,可撓性電路基板所使用的樹脂材料乃成為重要發展議題。目前所使用的材料仍以杜邦 Kapton®系列之聚醯亞胺樹脂( PI )為主要耐熱性樹脂材料,由於吸水率較高,以及於高頻條件下其電性表現有限,皆影響板材整體特性。另一耐熱性樹脂材料則以液晶高分子( Liquid Crystal Polymer; LCP )樹脂材料的發展時間最為悠久,LCP 樹脂強調低吸濕及優異的介電特性,應用於高頻時在速度上占有優勢,不過,LCP 的成本較PI高,其相互特性比較如表一所示。

目前 LCP依其耐熱性不同, 大略分為三大類型,Type I 的 LCP 之熱變形溫度( HDT ) > 280˚C以上,Tm > 320˚C,文中由玻璃態進入液晶態的溫度( TLC ),均表示為熔點( Tm ),因實際熔點均大於裂解溫度 (Td ),導致量測上的困難,其代表性之分子結構如下所示。生產廠商有住友之Ekonol®及Amoco之Xyder®,其主要應用如耐高溫 SMT 型連接器。

市場趨勢
早期因 LCP 樹脂的高耐熱性、不會破裂且不沾黏食物,以及極低的微波吸收係數,而應用於微波爐具、烘烤餐具上。90年代以來,隨著電子產業的蓬勃發展,LCP 挾其優越的性質,逐漸取代了 PBT、PPS等傳統塑膠材料,成為電子產業的新寵兒。目前,LCP主要以精密零件、精密電器、連接器及 FPC 產業之 FCCL 應用為主要市場。

經工研院 IEK( 2014/5 )統計,由圖一可知截至 2012年的 LCP樹脂應用國家及產業分佈。2012年全球使用量為 3.65萬噸,其中最大量之使用市場仍以中國大陸及亞洲地區為主,其主要產業分佈包含電子、電機、交通、通訊及工業應用等領域;以 2013年 Kuraray公司為例,LCP膜販售量約 200噸,每公斤約 5,000元台幣,市場應用以 FPC軟板/補強板及 Rigid-flex 高頻多層板為主,比率約 40/60%。


圖一、LCP樹脂使用國家及應用產業分佈

市售商品膜 Kapton(PI)、Kuraray Film(LCP)及射出級 LCP樹脂之性價比分析,如圖二所示。經由初步單體成本估算,經過聚合製程及製膜製程,其商品具有相對高的性價比,Kapton(PI)及Kuraray Film( LCP )分別為 80/18及160/6美元,而射出級 LCP 樹脂則為 8/6美元。由此估算可知,對於政府極力推動之石化高值化產業而言,LCP膜材開發絕對是具指標性的議題。

高速傳輸行動電子產品用軟板材料規格
圖三說明目前 3G/4G/5G 高速傳輸行動電子產品用軟板材料電性需求規格里程碑,所使用的 4G LTE網路通常以約 2 GHz的頻率範圍運作,而國外目前研發的 5G技術則以 28 GHz的頻率為其執行規範,LCP材料特性恰好符合 4G LTE網路應用範疇。LCP樹脂材料其 Dielectric Constant( Dk )及Dissipation Factor( Df )量測值,符合 4G LTE 網路範圍:Dk < 3.0,Df < 0.002,用於低介電及低損失材料,由圖四的測試結果可得知。並由不同的高頻產品頻率分析,如表二所示,高頻電路版的應用從手機( 1~3GHz ),至目前最高使用頻率規格的汽車倒車雷達及防撞系統裝置,高達 75 GHz,都已部分或全部使用 LCP做為軟板材料。

LCP膜材應用於軟性銅箔基材製程
傳統軟性銅箔基材( FCCL )可分為傳統有接著劑型三層軟板基材( 3L FCCL )、無接著劑型雙層軟板基材( 2L FCCL )與保護膜( CL )三大類。其中,由線性絕緣基膜與銅箔組成的,由銅箔、薄膜
……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文。


圖六、LCP多層PWBs貼合製程

作者:陳威宏、陳孟歆、林志祥/工研院材化所
本文節錄自「工業材料雜誌335期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=18227


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