陳姵吟、陳孟歆、黎彥成、林志祥／工研院材化所
隨電子通訊產品於高頻/高速傳輸需求大幅成長，其產品所採用之軟性銅箔基板(FCCL)必須具備低介電性、低介電損耗、低熱膨脹係數及低吸濕性等特點。其中液晶高分子(LCP)膜於高頻操作下保有良好之電性質，然而受限於LCP分子鏈具順向性，此特性容易影響LCP材料於製膜加工時之成型性。本研究透過導入工研院材化所研究團隊對於LCP材料聚合製程、熱性質、黏彈性、精密製膜加工與薄膜性質驗證等技術進行整合，深化國內相關高頻應用產品技術與競爭力。
【內文精選】
液晶高分子(Liquid Crystal Polymer; LCP)具有良好機械性質、化學穩定性佳、阻水氣、低吸濕率(Moisture Absorption)、熱穩定性佳及低介電特性等，被廣泛應用於電子、光電、食品包裝、醫療等領域，其中近幾年由於高頻通訊應用（行動通訊、航太、軍事、RFID、高速小型化產品等）大幅成長，LCP需求大增。相對於溶致型(Lyotropic)的LCP—克維拉(Kevlar)，熱致型(Thermotropic)的LCP具有熱可塑的優點，透過射出成型、纖維抽絲與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。先進國家如日本Kuraray公司已量產高性能耐溫Polyester Type LCP Fiber材料，主要應用於輕量化高頻低介電PCB硬質基板補強材、輕量化運動器材用複合材之補強材、耐溫高強力工業纖維產品等產業之應用。因此，發展高性能耐溫Polyester Type LCP Fiber材料，將可充分支援我國PCB及運動器材產業複合材用輕量化補強材之關鍵材料；但目前LCP膜材皆購自於國外，再經由國內業者自行貼合銅箔及後段加工製程，造成硬板之產量及成本嚴重受到限制等問題。
LCP薄膜加工目前發展
因受限於LCP分子具高度排列順向特性，於薄膜製程容易產生薄膜成型與性能不佳等問題，造成薄膜無法應用。工研院研究團隊以LCP聚合與流變分析暨加工驗證平台（如圖三）為開發基礎，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LCP材料之熱性質及流變加工製膜特性，評估篩選指標的建立，提出①高韌低膨LCP聚合製程配方；②複合加工製程配方等技術的開發，可有效控制LCP材料加工成膜性以及薄膜平整度。
圖三、LCP聚合與流變分析暨加工驗證平台
1. 高韌低膨LCP結構聚合製程技術
工研院研究團隊在聚合上透過分子結構設計，抑制材料分子鏈段運動並提升材料的等向(Isotropic)排列特性，使膜材中非晶質(Amorphous)區域的高分子鏈被限制(Confine)，降低高分子鏈在受熱時的鏈移動性(Chain Mobility)，進而提升膜材耐熱性（尺寸安定性佳），使LCP薄膜同時具備低熱膨脹係數(Coefficient of Thermal Expansion; CTE)及良好的機械與流變特性，膜級LCP材料微結構設計構思如圖四。本技術已具備自有專利及膜級LCP材料聚合放大製程技術（圖五）。材化所自製LCP薄膜之介電測試如表三，自製LCP薄膜具較低的介電損耗(Df)，進一步進行銅箔貼合測試如表四，Peel Strength = 7 lb/in，符合高頻高速軟板應用需求。
圖四、膜級LCP材料微結構設計示意圖
3. 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材料聚合製程與本質包含物性、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，有效控制工研院團隊開發之LCP樹脂與薄膜厚度介於45~55 μm…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。