液晶高分子薄膜加工技術及其產業概況

 

刊登日期:2015/1/5
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LCP為典型芳香族高分子材料,其分子具鋼硬鏈段( Rigid Chain )及列向性為其材料特徵,因此 LCP 具有優異的機械性質,最典型的例子為杜邦公司的克維拉( Kevlar )材料被應用在航太、防彈衣等高端領域。相對於溶致型( Lyotropic )的 LCP—克維拉,熱致型( Thermotropic )的LCP具有熱可塑的優點,透過射出成型、押出成型即可製作出具優異機械性及耐熱性的組件,現今被廣泛應用於 3C電子產品、航太及汽車等產業,代表材料為 Celanese( Ticona )公司之 Vectra。

近年來 LCP應用蓬勃發展,除機械性質優良外,有更多的特殊優點是目前商業化高分子所無法取代的(表一),因此在高端產品及高值化的應用領域多可看到LCP所製作成之產品。其相關產品中又以 LCP薄膜發展最受矚目,優異的 Dk/Df 電性所製作出之軟性銅箔基板( Flexible Copper Clad Laminate; FCCL )可應用於高頻及高速傳輸的組件,以蘋果公司最新的 iPhone手機、Google公司的 Google Glasses 眼鏡及美國 NASA的航太雷達為例,皆可看到 LCP膜的應用。除了通訊應用外,在光電、生醫等領域也開始出現採用 LCP膜製成之產品,造成近年來 LCP膜需求量倍增,本文將詳細介紹 LCP樹脂、膜材產業現況及 LCP薄膜應用發展。

LCP膜之應用及發展
2. 單晶片微波積體電路( MMIC )
MMIC 近年來隨著無線通訊需求大增而快速成長,為高頻無線通訊未來技術發展重點,以 RF CMOS 設計及製程技術為例,現今RFIC的設計可以滿足更高頻率、更高整合度的需求,以符合下世代的無線網路( WLAN )通信標準 IEEE 802.11ac 的 5-GHz 多頻道系統或是更高頻率IEEE 802.11ad 的 60-GHz 寬頻系統。在此需求下,現階段RF晶片採多層積體電路結構設計,以低溫共燒陶瓷( Low-temperature Co-fired Ceramic;LTCC )為基板,惟該製程需於超過 800˚C下與 RFIC 進行貼合,且隨手持式通訊系統小型化之需求,可撓式軟性多層積體電路將為未來發展重點。LCP膜符合可撓式軟性多層積體電路應用需求,經製膜製程控制 CTE 約18 ppm/˚C,與現有 RFIC之金屬導線相近。再者,其貼合製程採熱熔融方式,於 280˚C即可加工,與 LTCC板相比較,可大幅降低製程溫度,最重要的是 LCP具有良好的 Dk/Df,在 RF應用時訊號不受影響,圖三為 RFIC 應用於微波訊號頻率範圍之 LCP 多層板元件結構示意圖。


圖三、LCP基板於MMIC元件應用示意圖

膜材加工及應用技術現況
1. 膜材加工技術
圖七為 LCP分子流動特性及排列方向對薄膜機械性質之影響示意圖,LCP存在強烈順向性,故成膜後 TD 方向受力易破膜,而現有 LCP 製膜技術皆是以破壞分子順向性為出發點,其中最早投入LCP膜製作之Superex(Foster-Miller)公司透過旋轉模頭的設計來破壞分子排列的順向性(圖八),開發同時異方向旋轉之模頭,透過不同方向之剪切應力來改變 LCP分子之排列,此設計更可經由押出量及相對旋轉速度來進行分子排列方向之調控,進而達到 CTE 可調整之功能。LCP膜領導廠–日商Kuraray則是透過吹膜製程吹脹比的調控來進行薄膜 MD/TD 方向薄膜特性的調整,若要更進一步改變 LCP 膜之耐熱性及 CTE 則是透過二次加工製程來達到。


圖八、同時異方向旋轉模頭於LCP加工製膜應用

2. LCP FCCL貼合技術
FCCL 是銅箔與軟板經滾輪貼合而成,LCP 具熱塑性之優點,於壓合過程僅需熱能,無需再進行塗膠,但 LCP 因流動特性之緣故,若欲製作高品質之 FCCL,並不適用於目前的滾輪貼合系統( Roll Lamination System; RLS ),圖九為 RLS 系統示意圖,其單點的壓合將造成膜材於X 與 Y方向之受力不均,使 FCCL 的整體品質不易控制,甚至會有貼合條紋出現。為克服此缺點
……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文。

作者:邱茂源、龔丹誠/工研院材化所
 ★完整內容請見下方檔案。


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