5G热门材料之液晶聚合物LCP,国之重器少了它都不行!

液晶聚合物(Liquid Crystal Polymer, LCP)是一种各向异性的、由刚性分子链构成的芳香族聚酯类高分子材料,其在一定条件下能以液晶相存在——既有液体的流动性又呈现晶体的各向异性,冷却固化后的形态又可以稳定保持,因此LCP材料具有优异的机械性能。此外,LCP材料分子主链上具有大量刚性苯环结构,使其具有低吸湿性、耐化学腐蚀性、良好的耐候性、耐热性、阻燃性以及低介电常数和低介电损耗因数等特点。因而LCP被广泛应用于电子电器、航空航天、国防军工、光电通讯等高新技术领域。

发展概况

LCP按照形成液晶相的条件不同,可分为溶致性液晶(LLCP)和热致性液晶(TLCP)两大类。LLCP可在溶液中形成液晶相,只能用作纤维和涂料,而TLCP在熔点以上形成液晶相,具备优异的成型加工性能,不但可以用于高强度纤维,而且可以通过注射、挤出等热加工方式形成各种制品,应用远超LLCP。

 
TLCP根据其分子结构的不同又分为三种类型,分别为I型、Ⅱ型和Ⅲ型,分子结构式如下
 

LCP的研究历史,要远远晚于液晶的研究。1888年,奥地利植物学家Friedrich Reinitzer (1857-1927)观察苯甲酸胆甾醇酯时发现了液晶,而直到1941年Kargin才提出液晶态是聚合物体系的一种普遍存在状态,才开始对液晶聚合物(LCP)开展研究;1966年,杜邦公司首次使用相列态聚合物溶液制备出高强度、高模量的纤维Fiber B。
 

在5G应用方面,具有低介质特性的液晶聚合物(LCP)的应用也正在不断发展。新日铁化学认为,LCP由于其粘附性差而导致难以加工,但公司开发的聚酰亚胺却在利用粘合性的同时也降低了介电损耗。比起LCP而言,低介电型的聚酰亚胺(PI)膜更胜一筹。
但目前在市场上,仍有较多相关人士认为聚酰亚胺(PI)膜存在多种缺点。例如,PI膜吸湿性太大,这一缺点有可能导致在高温条件下FPC的可靠性降低。
另外,PI膜吸潮后造成的卷曲现象,都会造成使用方面的困扰,所以业界正持续努力的开发新的高性能高分子材料,以希望取代PI膜,其中最有影响力的是液晶聚合物(Liquid Crystal Polymer,简称LCP)。
从薄膜的基本性能来看,这类高分子材料完全可以有效弥补PI膜的缺陷,主要包括低吸湿性、低热膨胀系数、低介电常数及高尺寸稳定性等。
下图列举了典型的LCP基FCCL和PI基FCCL基本性能对比,LCP基FCCL的缺陷是剥离强度较低。

LCP基FCCL和PI基FCCL性能对比(数据来源:薄膜通)
LCP虽然性能优异,但也存在着成型加工工艺不易控制、制品的物理性质呈各向异性、与成型时剪切流动成直角的方向力学性能较差、易于原纤维化等缺点,所以需要对其改性,以提高LCP膜的力学性能。另一方面LCP原料价格昂贵,从而导致了LCP的价格较高,这是影响LCP发展的最主要的问题,因此降低成本已成为生产商的研究重点。
 
此外,由于 LCP 基材价格偏高,且目前的PI软板已无法满足消费者的需求,modify PI便出现了。虽然modify PI在传输损耗、尺寸稳定性和可弯折性等方面并不如LCP,但其通过改良氟化物配方,其效能也可得到提升,而且其成本只有LCP的70%。
而此前还有消息透露,新款苹果iPhone原本计划使用的LCP软板也将被modify PI所取代。

生产现状概况

目前全球共有LCP生产厂家13家,总产能约7.6万吨/年。

 
 
从上表可以看出,产能全部集中在日本、美国和中国,产能分别为3.4万吨、2.6万吨和1.6万吨。
 

下游应用概况

LCP具有低吸湿性、耐化学腐蚀性、良好的耐候性、耐热性、阻燃性以及低介电常数和低介电损耗因数等特点,因而LCP被广泛应用于电子电器、航空航天、国防军工、光电通讯等高新技术领域。

 
 
电子电器方面:电子电气:高密度连接器、线圈架、线轴、基片载体、电容器外壳、插座、表面贴装的电子元件、电子封装材料、印刷电路板、制动器材、照明器材、接插件、SIMM 插口、QFP 插口、发光二极管外壳、晶体管类封装件、注射成型线路部件(MID)、LED(MID)、PLCC(MID)、光感应器(MID)、水晶振荡器座 (MID)、集成块支承座。

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