陳孟歆、朱育麟 、林志祥／工研院材化所
液晶高分子(LCP)為典型芳香族高分子材料，其材料特徵為剛直棒狀之分子結構及列向性。因此，LCP具有優異的耐熱及機械特性，被廣泛應用於3C電子產品、航太、軍用及汽車等產業。近年來，隨著5G高速傳輸的時代來臨，LCP材料因具高機械強度、低熱膨脹係數、低吸濕、低介電常數及低介電損耗等優異的特性，將取代傳統材料成為5G時代的優勢產品。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，仍仰賴價昂之進口產品。工研院材料與化工研究所透過精密聚縮合及製膜加工技術，開發可溶型LCP材料，以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
5G時代的來臨，表示未來只需用8秒鐘就能下載一部Full HD電影，車聯網、無人駕駛等技術也能因它而實現，國家競爭力甚至可能因推動時程之快慢而洗牌。但隨著5G高速傳輸的發展，目前應用於手持行動通訊軟性印刷電路板(FPC)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、易吸濕，且吸濕後在高頻傳輸下易造成訊號損失，如圖二所示。LCP是對5G訊號表現最佳之材料，電學性質十分優異，即使在極高頻下仍保持介電常數穩定，且介電損耗小， 可應用於5G毫米波段。
進入5G時代，除了基地台數量增加，亦將帶動全球相關零組件與材料大幅成長。隨著各式新興科技應用出現，如：物聯網、5G、AI人工智慧、大數據等，衍生出更多樣化的電子產品，電子產品終端應用需求的成長，勢必又帶動有「電子系統產品之母」之稱的印刷電路板(PCB)整體產業提升。其中，軟板是以聚醯亞胺膜(PI Film)或聚酯薄膜(LCP Film)等軟性絕緣材料製成的PCB，其可彎曲、捲繞、折疊，可依照電子產品內部空間，進行3D式的移動和伸縮，進而達到電子零件裝配與連結。
LCP膜材應用
目前LCP膜材多樣化的應用與日俱增，如圖五所示。隨著高頻通訊傳輸時代的來臨，2019年智慧型手機出貨量已超過15億支，平板電腦出貨量將超過3億台。Canalys市調機構預測，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。
圖五、LCP膜材多樣化應用
LCP薄膜加工技術目前發展
LCP材料具高分子排列順向性，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如圖六。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，如圖七所示；日商Kuraray則是透過吹膜製程之吹脹製程以進一步調控MD/ TD方向的薄膜特性；Primatec (Japan GoreTex)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。
圖七、同時異方向旋轉模頭於LCP加工製膜應用
LCP材料國際發展趨勢與材化所可溶型膜級LCP材料現況
在經濟部技術處支持下，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、膠水配方調控技術、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NMP中，可應用於LCP塗佈製膜加工。工研院所開發之LCP材料可溶於NMP中並塗佈成膜，如圖十一所示，進行各項性質分析。評估，將數據…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》414期，更多資料請見下方附檔。