陳孟歆、朱育麟、林志祥／工研院材化所
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。台灣為PCB生產主要國家，但高速軟性基板所需之關鍵LCP膜材仍需仰賴價昂進口產品。工研院材化所透過精密聚縮合技術、結晶微結構解析、流變應用平台及精密製膜加工等技術之建立，探討材料與薄膜加工製程之關聯性，開發可溶型液晶高分子材料，以及具低介電常數/介電耗損之LCP薄膜，建立關鍵材料自主化之優勢，提升國內PCB產業之國際競爭力。
【內文精選】
前言
液晶高分子(Liquid Crystal Polymer; LCP)為典型芳香族高分子材料，依耐熱性高低大略分為三大類型，如圖一所示。剛直棒狀之分子結構與列向性為其材料特徵，因此LCP具有優異的耐熱及機械特性，被廣泛的應用於3C電子產品、航太、軍用及汽車等產業。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）。
LCP市場分析
根據日本富士總研指出，目前LCP樹脂全球市場概況如圖三，預估至2022年全球LCP樹脂產量約達4.5~5萬公噸，產值高達5億美元。LCP主要應用在電子產品、自動車與高頻通訊產業，在未來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，LCP市場將出現供不應求的窘境。
圖三、LCP樹脂全球市場概況
LCP膜材應用
隨著高頻通訊傳輸時代的來臨，預估2019年智慧型手機出貨量將超過15億支、平板電腦出貨量將超過3億台，一支智慧型手機約使用8~12片軟板；資策會MIC預估2020年全球將有170家電信商提供5G商用服務，包括製造、醫療和能源三大商機可期；且Canalys市調機構也預測，5G與4G手機將在2023年出現黃金交叉點，預估2023年後全球手機市場年成長率將呈爆炸性的成長，且需求量逐年增加。
LCP薄膜加工技術目前發展
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；日商Kuraray則是透過吹膜製程中吹脹製程，進一步調控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。但因熔融加工製膜之技術難度高，且所產出的LCP膜易產生異方性，使薄膜TD方向機械強度差，因此Sumitomo公司開發可溶型(Soluble)膜級LCP材料（圖六），透過塗佈加工製膜的方式，改善了LCP材料易產生順向性(Anisotropic)的問題點，且LCP材料可溶於一般的有機溶劑NMP中，大幅降低LCP製膜工藝的困難度。
圖六、可溶型LCP材料塗佈加工製膜
LCP材料國際發展趨勢與材化所可溶型膜級LCP材料現況
工研院研究團隊對於可溶型LCP材料之分子結構設計、聚合製程、熱性質、黏彈性、精密塗佈製膜加工、薄膜性質評估等進行整合。透過可溶型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、低介電，又可溶於一般有機溶劑中，可應用於LCP塗佈製膜加工。工研院自製LCP材料可溶於NMP中並塗佈成膜（如圖八），各項性質分析評估之數據整理於表四中…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自「工業材料雜誌」395期，更多資料請見下方附檔。