液晶高分子薄膜加工之流變應用評估

 

刊登日期:2016/11/5
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近年來,隨著光電、航太、生醫及行動通訊於高頻傳輸等領域之快速發展,針對高性能工程塑膠之需求量大幅提升,液晶高分子(LCP)因其具備低吸水率、抗化性佳、高阻氣性,以及低介電常數/介電耗損因子等特性而成為主要研究材料之一。

工研院材化所研究團隊透過精密聚合技術、材料微結構解析、流變應用平台及精密製膜加工等技術之開發與建立,試圖了解材料之本質性與微結構及膜材加工製程之關聯,最適化LCP膜材之加工條件,企圖開發具有低介電常數/介電耗損連續式製程之LCP薄膜。本研究主要於開發複合材料配方,並將其應用於製程調控,透過流變與加工連結,改善成膜品質,同時以此平台做為未來新材料加工適性評估之依據。
 
市場趨勢
目前全球LCP樹脂市場概況與應用分布如圖一,預估至2017年全球LCP樹脂產量約達4.8~5.0萬公噸,主要應用在電子與通訊產業,由於LCP材料具有良好的耐候性、低吸濕性、耐化學性等優點,目前電路板上的連接器材料為主要應用領域。LCP材料介電傳導較目前市面上PI材料來的佳,材料性能比較如表一,在未來4G/5G的高頻傳輸需求下,LCP材料有望取代目前普遍使用的PI材料,截至2015年,LCP材料在軟板應用成長率超過20%。目前LCP原料與膜材生產公司集中在美國與日本,其發展與現況如表二。
 
LCP薄膜加工技術目前發展
如前所述,LCP材料具強烈順向性,於加工製膜後,其中 LCP分子流動特性受加工製程影響,對薄膜機械性質影響示意圖如圖三。其中最早投入 LCP膜材製作開發的Superex(Foster-Miller)公司,藉由旋轉模頭調控不同方向剪切應力,以調控分子排列順向性,如圖四所示;日商Kuraray則是透過吹膜製程中之吹脹製程,近一步調控 MD/TD方向的薄膜特性;Primatec(Japan Gore-Tex)則提及可透過雙軸延伸二次加工方式來增加TD方向分子排列特性等。

工研院研究團隊對於 LCP材料之聚合製程、熱性質、黏彈性、精密製膜加工、薄膜性質評估等進行整合。透過熱性質及流變儀分析,了解 LCP材料並無明顯熔點熱焓值(∆H: 1~5 J/g),具 LCP材料流動溫度接近熔點。以流變儀解析其流動及加工行為(圖五),LCP材料熔融黏度隨著加工溫度提高而下降,並且當加工溫度高於Tm時,其黏度下降較為劇烈,顯示若於加工製程中,此現象可能造成黏度過低而無法有效地押出成膜;並需了解其冷卻溫度的控制,此部分與吹膜成型相關,藉由流變平台之融熔強度量測,可了解高分子於融熔體狀態之加工特性,因此,溫度的控制及高分子融熔強度決定成膜之特性。
 

圖四、同時異方向旋轉模頭於LCP加工製膜應用
 
1. 複合配方加工製膜製程調控LCP薄膜厚度與表面均勻性
隨著對 LCP材料本質包含物性、黏彈性等更深入的了解,目前於 LCP薄膜加工技術中,為解決先前使用 T-Die 進行薄膜押出不易控制薄膜厚度與膜面不平整等問題,開發使用複合配方押出的加工手法,有效控制 LCP薄膜厚度介於 45~55 µm,如圖八所示,同時大幅提升 LCP膜面均勻度以利後續銅箔貼合製程。
 
2. 動態流變評估材料加工適性
為加速連結 LCP聚合分子結構設計與作為線上加工製膜製程先期評估,工研院材化所開發與透過流變加工平台,評估LCP工程級塑料之基本物性與加工適性,試圖由…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


圖八、工研院材化所LCP薄膜膜捲與厚度量測

作者:陳姵吟、黎彥成 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」359期,更多資料請見下方附檔。


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