液晶聚合物薄膜

01.

LCP的結(jié)構(gòu)與性能

液晶聚合物（LCP）是指在一定條件下能以液晶相存在的高分子材料，是介于固體結(jié)晶和液體之間的中間狀態(tài)聚合物，其分子排列雖然不像固體晶態(tài)那樣三維有序，但也不是液體那樣無序，而是具有一定（一維或二維）的有序性。LCP在以液晶相存在時粘度較低，且高度取向，將其冷卻固化后，它的形態(tài)可以穩(wěn)定地保持。

LCP材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能、尺寸穩(wěn)定性、電性能、耐化學(xué)藥品性、阻燃性，以及加工性良好、耐熱性好、熱膨脹系數(shù)較低等特點。近年來，隨著電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，特別是5G通訊產(chǎn)業(yè)的橫空出世，更是將電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展推向了新的高度。特別是微小器件的高速發(fā)展，高頻傳輸?shù)膽?yīng)用對材料提出了更高的要求。LCP材料具備優(yōu)異的介電性能，使其在5G產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用得到高度重視。

02.

LCP薄膜加工方法

溶液流延法

溶液流延法采用的LCP原材料并非市面上常見的熱致型LCP，而是經(jīng)特殊單體聚合而成的溶致型LCP，該種LCP原材料可溶解于DMF（二甲基甲酰胺）、DMSO（二甲基加鞏）、NMP（N-甲基吡咯烷酮）等強(qiáng)極性溶劑中，適合采用類似聚酰亞胺薄膜的加工方式進(jìn)行薄膜制造，生產(chǎn)工藝如圖1所示。

雙向拉伸法

熱致型LCP材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度非常不明顯，且結(jié)晶極快，冷卻后的結(jié)晶度高，可認(rèn)為是完全結(jié)晶聚合物，因此其無法像傳統(tǒng)PET（聚合樹脂）或PA6（尼龍6）采用常規(guī)的雙向拉伸加工方法，同時LCP材料的橫向和縱向強(qiáng)度差異明顯，橫向極易撕裂，需對拉伸工藝和設(shè)備進(jìn)行大幅度改進(jìn)。對LCP的雙向拉伸需在熔融狀態(tài)下進(jìn)行，因此需要使用支撐膜以保證LCP發(fā)生熔融后的強(qiáng)度，而PTFE（聚四氟乙烯）本身可進(jìn)行雙向拉伸，可帶動LCP分子進(jìn)行同步取向，最終由于PTFE分子表面張力小，可輕易剝離?？尚械碾p向拉伸法LCP薄膜加工工藝如圖2所示。

采用特殊的雙向拉伸法制造的LCP薄膜，具有縱橫向匹配性好、厚度公差好的優(yōu)點，可生產(chǎn)較厚的LCP薄膜（厚度可達(dá)0.2 mm）。但該生產(chǎn)工藝對設(shè)備要求最高，加工工藝復(fù)雜，投資較大，PTFE材料價格昂貴。

熔融流延法

熔融流延法是最簡單的LCP薄膜加工方法， 設(shè)備要求最低，與現(xiàn)有流延機(jī)相近，冷卻過程可采用單層或雙層支撐膜，其加工工藝如圖3所示。

熔融流延法生產(chǎn)的LCP薄膜縱向取向明顯， 橫向極易撕裂，但更應(yīng)該稱之為LCP片材，其厚度均勻性好，可直接生產(chǎn)FCCL，對設(shè)備要求低。這種方法制造的LCP薄膜剛性大，理論上不適用于撓性覆銅板，其更適用于剛性覆銅板。

吹膜法

吹膜法是目前最成熟、已商業(yè)化的LCP薄膜生產(chǎn)工藝，能有效打破分子鏈的各向異性。吹膜法的設(shè)備成熟度相對較高，其加工工藝如圖4所示。

吹膜法是唯一經(jīng)過系統(tǒng)研究的加工方法，從固定模頭、雙旋轉(zhuǎn)到三旋轉(zhuǎn)模頭均進(jìn)行了詳細(xì)研究，可實現(xiàn)LCP分子鏈縱橫向的同時拉伸，縱橫向匹配度好，其專利報道最多，設(shè)備投資相對較小，技術(shù)成熟度最高。

03.

LCP薄膜應(yīng)用

由于5G高頻高速的特點，對材料的要求也進(jìn)一步提高，尤其是在信號傳輸過程中降低損耗顯得非常重要。LCP是目前工程塑料領(lǐng)域介電損耗最低的材料，綜合優(yōu)勢最強(qiáng)，我們認(rèn)為未來在基站端和手機(jī)端都將大幅增加 LCP材料的使用。

在5G領(lǐng)域手機(jī)端，LCP憑借低且穩(wěn)定的傳輸損耗、可彎折性、尺寸穩(wěn)定性及低吸水率，是技術(shù)方面最符合天線要求的材料。

目前PI（聚酰亞胺）基板FPC（撓性電路板） 天線模組仍是目前手機(jī)主流設(shè)計方案。但是隨著5G時代的來臨，預(yù)計MPI和LCP基板的FPC將加速替代。以蘋果公司為例，在iPhone8首次引入LCP 軟板的天線方案，2018年三款機(jī)型XR/XS/XS max 仍繼續(xù)采用LCP天線方案，分別使用3/3/2個LCP天線。這是蘋果公司在為5G時代進(jìn)行提前布局。

同時LCP薄膜還可用于耳機(jī)振動膜、高阻隔包裝膜、汽車?yán)走_(dá)和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。

04.

結(jié)論及展望

（1） 溶液流延法采用特殊的溶致型LCP為原材料，采用類似聚酰亞胺薄膜的加工方式，設(shè)備相對成熟，縱橫向取向度易于控制?？扇苄訪CP 原材料供應(yīng)有限；在加工過程中，溶劑使用量大，環(huán)保壓力大；所得到的薄膜介電性能偏高， 尺寸穩(wěn)定性有待提升，溶劑殘留可能會在高溫SMT過程中起泡。該方法能夠生產(chǎn)非常薄的薄膜，在耳機(jī)振膜領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

（2） 雙向拉伸法必須采用特殊的拉伸工藝， 設(shè)備要求極高，投資較大，具有較高的技術(shù)門檻。但得到的薄膜厚度均勻性好，縱橫向匹配性好，可生產(chǎn)較厚的薄膜。

（3） 熔融流延法是最簡單的LCP薄膜加工方式，但其縱向取向度明顯，柔韌性偏差，更應(yīng)該被稱作LCP片材，其更可能在剛性覆銅板中得到應(yīng)用。

（4） 吹膜法是目前唯一經(jīng)過系統(tǒng)研究的加工方法，專利及文獻(xiàn)資料較多，可實現(xiàn)分子鏈縱向和橫向同時拉伸和取向，技術(shù)成熟度高，是目前國內(nèi)企業(yè)最容易突破的技術(shù)路線。但吹膜法無法生產(chǎn)較厚的LCP薄膜（厚度上限為0.125 mm），厚度均勻性較差（厚度公差最低10%），而且得到的LCP薄膜必須經(jīng)過離線熱處理，延長了生產(chǎn)路線，增加了加工難度。

隨著我國在5G產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展和電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的完整性，對LCP薄膜的需求和用量必將與日劇增，應(yīng)用前景廣闊。

我國近年來在LCP薄膜上進(jìn)行大量的研究工作，從LCP膜級樹脂到成膜工藝均取得了長足的進(jìn)步，但與國外還有極大差距。國內(nèi)研究者應(yīng)更注重基礎(chǔ)研究和加工設(shè)備研究相結(jié)合，早日實現(xiàn)LCP薄膜產(chǎn)品的技術(shù)突破。

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