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Industry News

行业动态

液晶高分子(LCP)板材应用在哪里?(en)

2020-03-05 09:51:23

      u=3052839369,3722184158&fm=26&gp=0.jpg液晶高分子( Liquid Cystal Polymer:LCP )为典型芳香族高分子材料,依耐热性高低大略分为三个类型,如 图一 所示。具有刚直棒状之分子结构与列向性为其材料特征,因此 LCP 具有优异的耐热及机械特性,被广泛应用于 3C 电子产品、航太、军用及汽车等产业。近年来 LCP 应用蓬勃发展,在许多高值化及高端应用领域可看到。 LCP 的相关产品,其中又以 LCP 薄膜发展最受瞩目。因其具有低吸湿、低介电常数及低介电损耗的特性,且随着 5G 高速传输的时代来临,目前应用于手持行动通讯软性铜箔基板( FCCL )的 PI 膜将不敷使用。

市场趋势

目前全球LCP产能约为4.14万吨,供应商集中在美、日两国,

美国产能约1.7万吨,主要大厂是泰科纳(Ticona),该公司在并购杜邦(DuPont)LCP厂后,目前年产能在2.2万吨,日本较具规模的公司为宝理(Polyplastics)及住友化学(Sumitomo),年产能分别为1万吨与9,200吨。目前宝理在位于富士的工厂有新厂扩产计划,该厂在2012年投产5,000吨的LCP产能。而住友化学是从美国Carborundum 公司引进技术,保有精密零组件市场。根据日本富士总研指出,目前LCP树脂全球预估到2020年全球LCP树脂产量约达3.5~4万吨,主要应用在电子与通讯产业,在未来5G的高频传输需求下,LCP材料有望取代目前普遍使用的PI材料,LCP市场将出现供不应求的窘境。

液晶高分子(LCP)膜材应用

LCP膜材的多样应用性与日俱增。随着高频通讯传输时代的来临,预估2018年全球智能手机出货量将超过15亿支,平板电脑出货量将超过3亿台,一支智慧型手机约使用8~12片软板,预估2020年后全球市场年增长率将年增10%,且需求量逐年增加。一般Connetor射出用线性LCP,因其无纠缠至刚直棒状的高分子结构呈现极低的熔融黏度及近似牛顿流体型之熔融流变行为,不易进行高熔融强度需求之押出成膜或吹膜等加工成型制程。因此,借助分子设计之LCP膜材料,以顺利进行押膜等成型加工制程,研制高性能LCP膜材料,已成为全球各LCP Maker众所努力之研发目标。此高性能LCP膜材料之潜在应用领域如下:1LCP用基材;2TBGA及CSP用Interposer;高密度构装用多层基板;4高频基板;5IC Packaging用绝缘Film/Tape;Bear Chip及CSP贴合主机板用接着Tape;7TAB用Carrier Film及Adhesive Film。

LCP在吸水率、阻气特性、介电常数及尺寸稳定性皆凌驾目前所使用之PI构装材料,可因应次世代电子构装材料及高性能工程塑胶基材之需求。LCP具有比PI膜材料更低之吸水率、介电常数、损失系数、热膨胀系数(CTE)及较优之尺寸稳定性、阻气性及热传导率,且具有可回收再利用之热可塑材料特性,可直接进行热帖合铜箔,而不需要Epoxy背胶。而LCP材料合成所需之关键单体原料,如p-HBA、BP及TPA等,国内皆有生产,因此更具有低原料成本的优势竞争力,预期应用到次世代电子构装材料之潜力无穷。

液晶高分子(LCP)薄膜加工技术目前发展情形

LCP材料具有高分子排列顺向性,于加工制膜后LCP分子流动特性受加工制程影响,且对薄膜机械性质之影响。最早投入LCP制作开发的Superex(Foster-Miller)公司,借由旋转模头调控不同方向剪切应力,以调控分子排列顺向性,如图六所示;日商Kuraray则透过吹膜制程中的吹胀制程,进一步调控MD/TD方向的薄膜特性;Primatec(Japan Gore-Tex)则提及可透过双轴延伸二次加工方式来增加TD方向分子排列特性等。

国际发展趋势与工研院于高分子(LCP)材料之能量

目前全球LCP树脂供应商约超过10家,但不同于树脂,LCP膜加工技术制程门槛高,现今市场上公开具备或销售LCP之制程技术、专利或产品的公司,主要有美国Superex、日本Kuraray、日本Primatec、日本Sumitomo。以日本Kuraray占高频软板应用市场大宗(全球市占率>90%),Kuraray生产的LCP膜商品,厚度范围为25~175µm。在2016年的Film Tech OSAKA展会中,日本千代田公司发表膜厚为25µm的LCP薄膜,熔点约为317℃,Dk =2.81,Df =0.001,

Polyplastics公司在此展会中也发表了低介电的LCP材料,主要强调与玻纤形成复材后可维持低介电的特性,测试频率为10GHz TD方向时,RSL11123 LCP的产品的Dk =2.8/ Df =0.002,且耐热温度达230℃;RSL10986 LCP的产品的Dk =2.9/ Df =0.005, 且耐热温度达230℃;并展示了目前LCP/GF复材以用于iPhone 6手机部件,未来到了5G时代,LCP材料应会有更多通讯产品上的应用。

工研院材化所研究团队对于LCP材料之聚合制程、热性质、黏弹性、精密制膜加工薄膜性质评估等进行整合。透过耐温的液晶高分子构型及分子机构设计,利用乙醯化及熔融聚合等制程,可以有效提升材料分子量及黏度,由原材端分子设计调控LCP材料,达到兼顾高耐热、高韧性、高熔融强度及干扰LCP高度方向排列性(Isotropic),有利于增进LCP制膜加工视窗。将市售商品Kuraray CTF-50,TZ-50与自制LCP膜之电气性质进行分析评估,从表三的数据分析可知,自制LCP薄膜具有优异的介电特性,Df =0.0014,应具有较高的高频讯号传输特性。进一步将自制LCP薄膜进行铜箔压合制程,LCP膜透过表面电浆处理并进行压合参数设定,在压合温度低于300℃、压合压力40Kgf/cm2 、压合时间为55分钟的条件下,压合后接着强度测试结果如表四,自制LCP Film具有高接着强度,Peel Strength (lb/in)大于22以上,推测可与更低Roughness压合铜贴合,利于5G高频传输的应用。

结论及建议

LCP薄膜为搞经济价值产品,开发低吸湿、高频下低介电常数与低耗散因子之软性无接着剂LCP基板材料,可应用于ICT可携式高频基板,例如高速资料通路、高频和高速的应用(Wireless LAN、ITS(ETC Atennas、Millimeter Wave for ASV)、LCD或PDF的驱动器、IC封装(TBGA)以及多层板等。目前此材料仍需仰赖国外进口,但国内的软板产业已很成熟,再加上深耕两岸完整的分工体系,仅需加紧脚步开发、即可快速建立国内软板技术,提升我国国际竞争力。伴随目前电子通讯产品、无线系统的发展,LCP薄膜需求量日益增长。近年来工研院投入LCP分子结构聚合设计技术、薄膜微结构解析与精密流变以及薄膜加工等研究,除了善用国内生产之LCP聚合关键单体,降低生产成本与串联国内厂商,为避免受限国外文献与专利之薄膜制程技术,致力于建立自主LCP膜材配方、薄膜加工设备设计及建立流变平台,更有限连接原料聚合设计端与产品加工应用端,未来也可协助国内相关业者进行新产品开发,缩短研发时程、大幅提升产业之竞争力。



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