液晶高分子(LCP)板材應用

 

刊登日期:2017/10/5
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近年來隨著光電、航太、國防及行動通訊於高頻傳輸等領域快速發展,針對高性能工程塑膠需求大幅提升,液晶高分子(LCP)因其具備低吸濕、耐化性佳、高阻氣性以及低介電常數/介電耗損因子(Dk/Df)等特性,成為主要開發材料之一。且隨著4G/5G高速傳輸的時代來臨,目前應用於手持行動通訊軟性銅箔基板(FCCL)的PI膜將不敷使用。表一為LCP膜與PI膜性能比較,PI膜介電高且易吸濕,在高頻/高速傳輸下易造成訊號損失(圖二)。

市場趨勢
目前全球LCP產能約為4.14萬公噸,供應商集中在美、日兩國,如表二所示。美國產能約1.7萬公噸,主要大廠是泰科納(Ticona),該公司在併購杜邦(DuPont)LCP廠後,目前年產能在2.2萬公噸。日本較具規模的公司為日本寶理(Polyplastics)及住友化學(Sumitomo),年產能分別為1萬公噸與9,200公噸。目前日本寶理在位於富士的工廠有新廠擴產計劃,該廠在2012年投產5,000公噸的LCP產能。而住友化學是從美國Carborundum公司引進技術,保有精密零組件市場。根據日本富士總研指出,目前LCP樹脂全球市場概況與應用分布如圖三,預估至2020年全球LCP樹脂產量約達3.5~4萬公噸,主要應用在電子與通訊產業,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。

圖三、LCP樹脂全球市場概況
圖三、LCP樹脂全球市場概況

液晶高分子(LCP)薄膜加工技術目前發展情形
LCP材料具高分子排列順向性,於加工製膜後LCP分子流動特性受加工製程影響,其對薄膜機械性質之影響如圖五。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,如圖六所示;日商Kuraray則是透過吹膜製程中的吹脹製程,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。

國際發展趨勢與工研院於液晶高分子(LCP)材料之能量
目前全球LCP樹脂供應商約超過10家,但不同於樹脂,LCP膜加工製程技術門檻高,現今市場上公開具備或銷售LCP之製膜技術、專利或產品的公司,主要有美國Superex、日本Kuraray、日本Primatec、日本Sumitomo。

工研院材化所研究團隊對於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。透過耐高溫的液晶高分子構型及分子結構設計,利用乙醯化及熔融聚合等製程,可以有效提升材料分子量及黏度,由原料端分子設計調控LCP材料,達到兼顧高耐熱、高韌性、高熔融強度及干擾LCP高度方向排列性(Isotropic),有利於增進LCP製膜加工視窗。將市售商品Kuraray CTF-50,CTZ-50與自製LCP膜之電氣性質進行分析評估,從表三的數據分析可知,自製LCP薄膜具有優異的介電特性,Df = 0.0014,應具有較佳的高頻訊號傳輸特性。進一步將自製LCP薄膜進行銅箔壓合製程,LCP膜透過表面電漿處理並進行壓合參數設定,在壓合溫度低於300˚C、壓合壓力40 kgf/cm2、壓合時間為55分鐘的條件下,壓合後接著強度測試結果如表四,自製LCP Film具高接著強度,Peel Strength(lb/in)大於22以上,推測應可與更低Roughness壓延銅貼合,利於4G/5G高頻傳輸的應用...…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

表三、LCP薄膜介電特性
表三、LCP薄膜介電特性

作者:陳孟歆、陳姵吟、林志祥、黎彥成 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」370期,更多資料請見下方附檔。


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