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5G時代的材料新寵-LCP

2020-06-04 20:18:08 上海聯(lian)凈

液(ye)(ye)晶(jing)(jing)(jing)高分子聚(ju)合物(wu)(Liquid Crystal Polymer),簡稱LCP。是80年代初期發展(zhan)起來(lai)的(de)(de)一(yi)種(zhong)新型高性能特種(zhong)工程(cheng)塑料。液(ye)(ye)晶(jing)(jing)(jing)聚(ju)合物(wu)(LCP)是屬于(yu)芳(fang)香族(zu)熱塑性聚(ju)酯。液(ye)(ye)晶(jing)(jing)(jing)在(zai)分子水平上自組織,被分成熱致液(ye)(ye)晶(jing)(jing)(jing)、溶致液(ye)(ye)晶(jing)(jing)(jing)和光(guang)致液(ye)(ye)晶(jing)(jing)(jing)這(zhe)三類(lei)。在(zai)改性時(shi),我(wo)們使(shi)用(yong)的(de)(de)LCP是前2種(zhong)類(lei)型:一(yi)種(zhong)是溶致液(ye)(ye)晶(jing)(jing)(jing),溶于(yu)溶劑時(shi)具有液(ye)(ye)晶(jing)(jing)(jing)性質。另(ling)一(yi)種(zhong)是熱致液(ye)(ye)晶(jing)(jing)(jing),熔化時(shi)具有液(ye)(ye)晶(jing)(jing)(jing)性質。

一、歷史(shi)研究

LCP的研究歷史,要遠遠晚于液晶的研究。

1.液晶在1888年由奧地利植物學家Friedrich Reinitzer (1857-1927)觀察苯甲酸膽甾醇酯時發現的;

2.直到1941年Kargin才提出(chu)液晶態是聚(ju)合物體系的(de)一種普遍存才狀態,才開始對液晶聚(ju)合物(LCP)開展(zhan)研究;

3.1966年美國杜邦公司首次使用(yong)相列態聚(ju)合物溶液制備出(chu)高(gao)強度、高(gao)模量的纖維(wei)Fiber B;

4.1972年(nian),又(you)成功(gong)開發出溶致液晶Kevlar纖維,高分子(zi)液晶逐步走向市場,引起人(ren)們的極大興趣。

二、分子(zi)結(jie)構

液晶聚合物(LCP)分子結構示意

LCP外觀:米黃色(也(ye)有(you)呈白(bai)色的(de)不透明(ming)的(de)固體粉末)。

無(wu)論(lun)是哪一種(zhong)類型(xing)的LCP,其(qi)分(fen)子(zi)(zi)主鏈(lian)上都擁(yong)有(you)大量的剛性(xing)苯環結(jie)構(gou),這(zhe)決定了其(qi)特殊的物(wu)化(hua)特征和加工(gong)性(xing)質。LCP由于分(fen)子(zi)(zi)鏈(lian)保持著高(gao)度(du)的規整(zheng)性(xing),所以加熱到晶(jing)化(hua)溫度(du)以后,只要稍微給一點剪切(qie)力(li),LCP溶體的流動(dong)性(xing)便(bian)會變得像(xiang)水一樣,這(zhe)一特性(xing)使得LCP更容易成型(xing)薄壁小型(xing)化(hua)的一些連接(jie)器制件。

液晶高分子結構

液晶高分子結構

同時LCP的染色能力也極差。即便是染成黑色,也沒有辦法做到鋼琴漆的那種黑,或者標準炭黑的那種黑,通常黑色的LCP都是灰灰的。除了黑色,其他配色也極為簡單,除了本色的淡黃色,基本沒有其他的顏色的產品了。

三、性(xing)能(neng)特性(xing)

1.物理性能:自增強性,具有異常規整的纖維狀結構特點,因而不增強的液晶塑料即可達到甚至超過普通工程塑料用百分之幾十玻璃纖維增強后的機械強度及其模量的水平;不增強時的收縮高異向性,纖維填充后可稍微降低,這種特性和其他塑料剛好相反;很高尺寸穩定性和尺寸精度;

2.力學(xue)性能(neng):優異(yi)的(de)機械性能(neng);厚度(du)越(yue)(yue)薄,拉伸(shen)強度(du)越(yue)(yue)大(da);熔接強度(du)低;性能(neng)與樹脂流(liu)動方向相關;幾乎(hu)為零的(de)蠕變(bian);耐磨、減磨性優越(yue)(yue);線性熱(re)膨脹率接近金屬;機械特性中卻(que)存在各向異(yi)性。

3.耐熱性(xing)(xing)能(neng):優異的(de)耐熱性(xing)(xing),熱分(fen)解溫(wen)度(du)500℃,高(gao)的(de)熱變形溫(wen)度(du)(160-340℃與品級有(you)關(guan))、連續使用(yong)溫(wen)度(du)(-50~240℃)、耐焊錫焊溫(wen)度(du)(260℃、10秒(miao)(miao)~310℃、10秒(miao)(miao))。

4.燃燒(shao)性(xing)能(neng):有(you)(you)著出色的難(nan)燃性(xing),不含有(you)(you)阻(zu)燃劑,其(qi)燃燒(shao)等級達(da)到UL94V-0級水平,燃燒(shao)產物主(zhu)要是二氧化碳和水,在火焰中(zhong)不滴(di)落,不產生有(you)(you)毒煙(yan)霧。

5.化學穩定性(xing):耐腐蝕性(xing)能,LCP制品在濃度(du)為90%酸及濃度(du)為50%堿(jian)存在下不(bu)會(hui)受到侵蝕,對于(yu)工業溶劑、燃料油、洗滌劑及熱水,接觸后不(bu)會(hui)被溶解(jie),也(ye)不(bu)會(hui)引起應力(li)開裂。

6.電性(xing)能(neng):優良的電絕緣(yuan)性(xing)能(neng)。其介電強度(du)比一般工程塑料高,耐電弧(hu)性(xing)良好。在連續使用溫(wen)度(du)200-300℃,其電性(xing)能(neng)不受(shou)影響。間斷使用溫(wen)度(du)可達(da)316℃左右(you)。

7.耐(nai)候(hou)性(xing)(xing)能:耐(nai)氣候(hou)性(xing)(xing)、耐(nai)輻射性(xing)(xing)良好;對微波透明。

8.加工性(xing)(xing):表觀(guan)粘(zhan)度(du)(du)(du)受剪切速(su)度(du)(du)(du)和(he)溫度(du)(du)(du)的(de)(de)影響(xiang)較大,在適(shi)當的(de)(de)成(cheng)(cheng)型條件下,粘(zhan)度(du)(du)(du)可(ke)以變得較低;高(gao)流(liu)動(dong)性(xing)(xing)和(he)低毛邊性(xing)(xing),非(fei)常適(shi)用于小型電子(zi)零部件的(de)(de)成(cheng)(cheng)型;溶融(rong)粘(zhan)度(du)(du)(du)低,流(liu)動(dong)性(xing)(xing)好,不需要過高(gao)的(de)(de)射出壓力(li);對(dui)于具有(you)復(fu)雜形狀的(de)(de)薄壁,推(tui)薦中~高(gao)速(su)成(cheng)(cheng)型,,對(dui)較厚壁的(de)(de)產品(pin)有(you)熔接問題時,在考慮金屬模具內通氣(qi) 口的(de)(de)同時,選擇(ze) 20~40mm/sec.中·低速(su)成(cheng)(cheng)型較合適(shi);表面非(fei)常平整光(guang)滑(hua);薄型成(cheng)(cheng)型品(pin)存(cun)在脆性(xing)(xing)。

四(si).應用領域

4.1傳統工業

在商品化的工程塑料中,LCP具有很高的流動性,能填充細小及薄壁的產品,在無鉛回流工藝的高熱穩定性及優良的環保阻燃性,極低的吸水性,較短的成型周期,低收縮率等特點。

熱致LCP還可與多種塑料制成聚合物(wu)共(gong)混材料,這些共(gong)混材料中液(ye)晶聚合物(wu)起到玻纖增強的作(zuo)用(yong),可以大大提高材料的強度(du)、剛性及耐熱性等(deng)。LCP具(ju)有高強度(du),高模量的力(li)學性能(neng),由(you)于其(qi)(qi)結(jie)構特點而(er)具(ju)有自增強性;如果(guo)用(yong)玻璃纖維、碳纖維等(deng)增強,更遠(yuan)遠(yuan)超過其(qi)(qi)他工(gong)程(cheng)塑料,所以其(qi)(qi)應用(yong)極為廣泛(fan)。

液晶高分子聚合物(LCP)在傳統工業中的應用

1.電子電氣:高密度連接器、線圈架、線軸、基片載體、電容器外殼、插座、表面貼裝的電子元件、電 子封裝材料、印刷電路板、制動器材、照明器材 、接插件、SIMM 插口、QFP 插口、發光二極管外殼、 晶體管類封裝件、注射成型線路部件(MID)、LED(MID)、PLCC(MID)、光感應器(MID)、水晶振蕩器座 (MID)、集成塊支承座;

液晶高分子聚合物(LCP)貼片元器件中的應用

液晶高分子聚合物(LCP)接插件應用

液晶高分子聚合物(LCP)連接器應用

2.汽車(che)工業:汽車(che)燃(ran)燒系統元件(jian)、燃(ran)燒泵、隔熱部件(jian)、精密元件(jian)、電子(zi)元件(jian);

3.航(hang)空航(hang)天(tian):雷達天(tian)線(xian)屏(ping)蔽(bi)罩、 耐高溫耐輻射殼(ke)體(ti)、電(dian)子元(yuan)件(jian);

液晶高分子聚合物(LCP)在航空航天中的應用

4.辦公設(she)備:軟盤、硬盤驅動器、復印機、打印機、傳(chuan)真機零部件;

5.視聽設備:揚(yang)聲器震動(dong)板(ban)、耳機開(kai)關;

6.體育器(qi)材:網球拍、滑雪器(qi)材、游艇器(qi)材;

7.醫療器材:外科設備、插管、刀(dao)具(ju)、消毒托盤、腹腔鏡及齒科材料(liao);

8.消(xiao)費材料:微波爐灶容器(qi)、食品容器(qi)、包裝材料;

9.化(hua)學裝置:精餾(liu)塔填料、閥門、泵(beng)、油井設(she)備、計量儀(yi)器零(ling)部件(jian)、密封件(jian)、軸承 光(guang)纖通信(xin) 光(guang)纖二次被 覆、抗(kang)拉構件(jian)、藕合(he)器、連接器。

4.2 5G通訊領域

隨著電子設備向著更薄、更復雜的方向發展,對LCP的需求急劇增加。如今,通信速度越來越快,5G通信正在走向世界。由于這種新技術位于高頻范圍,所以對器件的材料提出更高的要求。

中國移動5G終端產品指引

相比較(jiao)高溫(wen)尼(ni)龍,LCP材料具(ju)有(you)極低的吸水性和(he)更好的介(jie)(jie)電穩(wen)定(ding)性。LCP具(ju)有(you)超低翹曲,高流(liu)動(dong)性,尺(chi)寸(cun)穩(wen)定(ding)性,適合應(ying)用(yong)在5G高速連(lian)接器。低介(jie)(jie)電常數,低介(jie)(jie)電損(sun)耗,電磁屏蔽(bi)的LCP材料還可以(yi)應(ying)用(yong)在:鏡頭模組/FPC等(deng)。

基站上(shang)(shang)的應用(yong)有:天(tian)線振子、移相(xiang)器、高速連接器以及(ji)對耐高溫、高流動性(xing)需求的熱管(guan)理系(xi)統上(shang)(shang)。除了5G通信(xin)材(cai)料(liao)的應用(yong),LCP具有尺寸穩(wen)定性(xing),低(di)揮發的LCP材(cai)料(liao)可以用(yong)于小型投(tou)影儀上(shang)(shang)。控制單(dan)元需要(yao)LCP材(cai)料(liao)的高耐熱,低(di)線性(xing)膨脹系(xi)數以及(ji)尺寸穩(wen)定性(xing)。

4.3 LCP應用在柔性電路板

軟(ruan)板(ban)(ban)又名柔性電(dian)路板(ban)(ban),是以柔性覆銅板(ban)(ban)(FCCL)制成的(de)一種具(ju)有高度可靠性,絕佳可撓性的(de)印刷電(dian)路板(ban)(ban),具(ju)有配線(xian)密度高、重量輕、厚度薄、彎折性好的(de)特點。軟(ruan)板(ban)(ban)的(de)應用(yong)(yong)幾(ji)乎涉及所有電(dian)子(zi)產品(pin),如硬盤驅動(dong)器(qi)的(de)帶狀引線(xian)、汽車電(dian)子(zi)、照相機(ji)、數碼 攝像(xiang)機(ji)、儀(yi)器(qi)儀(yi)表、辦(ban)公自動(dong)化設備、醫療器(qi)械(xie)等領域。對(dui)于智能手(shou)機(ji)、平(ping)板(ban)(ban)電(dian)腦(nao)、筆(bi)記(ji)本電(dian)腦(nao)等,軟(ruan)板(ban)(ban)被用(yong)(yong)于制造射頻天線(xian)和(he)高速(su)傳輸線(xian)。隨著手(shou)機(ji)、平(ping)板(ban)(ban)、筆(bi)記(ji)本電(dian)腦(nao)和(he)可穿戴設備等高端小型化電(dian)子(zi)產品(pin)的(de)發(fa)展,對(dui)軟(ruan)板(ban)(ban)的(de)需求越來越大,市(shi)場空(kong)間已超120億美元。

液晶高分子聚合物(LCP)在柔性電路板中的應用

LCP作(zuo)為特(te)種熱塑性材料,可(ke)在保證(zheng)較高(gao)(gao)可(ke)靠性的前(qian)提(ti)下實現高(gao)(gao)頻高(gao)(gao)速軟板。LCP具有優異的電學特(te)征:

(1)在高達(da)110GHz的(de)全部射頻(pin)范圍幾乎能保持恒定的(de)介電常數(shu),一致性好;

(2)正(zheng)切損(sun)耗(hao)非常(chang)小,僅為(wei)0.002,即使在110 GHz時也只增加到0.0045,非常(chang)適合毫米(mi)波應用;

(3)熱膨脹(zhang)特性非(fei)常(chang)小,可作為理想(xiang)的高(gao)頻封(feng)裝材料。目(mu)前LCP主要(yao)應用在高(gao)頻電路基(ji)(ji)板(ban)(ban)、COF基(ji)(ji)板(ban)(ban)、多層(ceng)板(ban)(ban)、IC封(feng)裝、u-BGA、高(gao)頻連接(jie)器(qi)、天線、揚聲器(qi)基(ji)(ji)板(ban)(ban)等領域。隨著高(gao)頻高(gao)速應用趨(qu)勢的興起,LCP將(jiang)替代聚酰亞胺(PI)成為新的軟板(ban)(ban)工藝。

LCP與PI的性能對比

PI軟板與LCP多層板的結構對比

LCP薄膜在5G手機中應用

LCP作(zuo)(zuo)為一種(zhong)特(te)殊的材料(liao),隨著液晶高分(fen)子的理論日臻(zhen)完善,其在高性能結構材料(liao)、信息(xi)記錄材料(liao)、功(gong)能膜及非(fei)線性光學材料(liao)等方面的作(zuo)(zuo)用(yong)將越來越多。