液晶聚合物薄膜

01.

LCP的結構與性能

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，是介于固體結晶和液體之間的中間狀態聚合物，其分子排列雖然不像固體晶態那樣三維有序，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，它的形態可以穩定地保持。

LCP材料具有優異的機械性能、尺寸穩定性、電性能、耐化學藥品性、阻燃性，以及加工性良好、耐熱性好、熱膨脹系數較低等特點。近年來，隨著電子產業的飛速發展，特別是5G通訊產業的橫空出世，更是將電子產業發展推向了新的高度。特別是微小器件的高速發展，高頻傳輸的應用對材料提出了更高的要求。LCP材料具備優異的介電性能，使其在5G產業中的應用得到高度重視。

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）等強極性溶劑中，適合采用類似聚酰亞胺薄膜的加工方式進行薄膜制造，生產工藝如圖1所示。

雙向拉伸法

熱致型LCP材料的玻璃化轉變溫度非常不明顯，且結晶極快，冷卻后的結晶度高，可認為是完全結晶聚合物，因此其無法像傳統PET（聚合樹脂）或PA6（尼龍6）采用常規的雙向拉伸加工方法，同時LCP材料的橫向和縱向強度差異明顯，橫向極易撕裂，需對拉伸工藝和設備進行大幅度改進。對LCP的雙向拉伸需在熔融狀態下進行，因此需要使用支撐膜以保證LCP發生熔融后的強度，而PTFE（聚四氟乙烯）本身可進行雙向拉伸，可帶動LCP分子進行同步取向，最終由于PTFE分子表面張力小，可輕易剝離。可行的雙向拉伸法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、厚度公差好的優點，可生產較厚的LCP薄膜（厚度可達0.2 mm）。但該生產工藝對設備要求最高，加工工藝復雜，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， 設備要求最低，與現有流延機相近，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。

熔融流延法生產的LCP薄膜縱向取向明顯， 橫向極易撕裂，但更應該稱之為LCP片材，其厚度均勻性好，可直接生產FCCL，對設備要求低。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、已商業化的LCP薄膜生產工藝，能有效打破分子鏈的各向異性。吹膜法的設備成熟度相對較高，其加工工藝如圖4所示。

吹膜法是唯一經過系統研究的加工方法，從固定模頭、雙旋轉到三旋轉模頭均進行了詳細研究，可實現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，設備投資相對較小，技術成熟度最高。

03.

LCP薄膜應用

由于5G高頻高速的特點，對材料的要求也進一步提高，尤其是在信號傳輸過程中降低損耗顯得非常重要。LCP是目前工程塑料領域介電損耗最低的材料，綜合優勢最強，我們認為未來在基站端和手機端都將大幅增加 LCP材料的使用。

在5G領域手機端，LCP憑借低且穩定的傳輸損耗、可彎折性、尺寸穩定性及低吸水率，是技術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主流設計方案。但是隨著5G時代的來臨，預計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年三款機型XR/XS/XS max 仍繼續采用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時代進行提前布局。

同時LCP薄膜還可用于耳機振動膜、高阻隔包裝膜、汽車雷達和物聯網等領域。

04.

結論及展望

（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，設備相對成熟，縱橫向取向度易于控制。可溶性LCP 原材料供應有限；在加工過程中，溶劑使用量大，環保壓力大；所得到的薄膜介電性能偏高， 尺寸穩定性有待提升，溶劑殘留可能會在高溫SMT過程中起泡。該方法能夠生產非常薄的薄膜，在耳機振膜領域應用前景廣闊。

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

（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，更應該被稱作LCP片材，其更可能在剛性覆銅板中得到應用。

（4） 吹膜法是目前唯一經過系統研究的加工方法，專利及文獻資料較多，可實現分子鏈縱向和橫向同時拉伸和取向，技術成熟度高，是目前國內企業最容易突破的技術路線。但吹膜法無法生產較厚的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薄膜必須經過離線熱處理，延長了生產路線，增加了加工難度。

隨著我國在5G產業的大力發展和電子產品產業鏈的完整性，對LCP薄膜的需求和用量必將與日劇增，應用前景廣闊。

我國近年來在LCP薄膜上進行大量的研究工作，從LCP膜級樹脂到成膜工藝均取得了長足的進步，但與國外還有極大差距。國內研究者應更注重基礎研究和加工設備研究相結合，早日實現LCP薄膜產品的技術突破。

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