用于5G通讯的液晶聚合物薄膜

液晶聚合物薄膜

01.

LCP的结构与性能

液晶聚合物（LCP）是指在一定条件下能以液晶相存在的高分子材料，是介于固体结晶和液体之间的中间状态聚合物，其分子排列虽然不像固体晶态那样三维有序，但也不是液体那样无序，而是具有一定（一维或二维）的有序性。LCP在以液晶相存在时粘度较低，且高度取向，将其冷却固化后，它的形态可以稳定地保持。

LCP材料具有优异的机械性能、尺寸稳定性、电性能、耐化学药品性、阻燃性，以及加工性良好、耐热性好、热膨胀系数较低等特点。近年来，随着电子产业的飞速发展，特别是5G通讯产业的横空出世，更是将电子产业发展推向了新的高度。特别是微小器件的高速发展，高频传输的应用对材料提出了更高的要求。LCP材料具备优异的介电性能，使其在5G产业中的应用得到高度重视。

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见的热致型LCP，而是经特殊单体聚合而成的溶致型LCP，该种LCP原材料可溶解于DMF（二甲基甲酰胺）、DMSO（二甲基加巩）、NMP（N-甲基吡咯烷酮）等强极性溶剂中，适合采用类似聚酰亚胺薄膜的加工方式进行薄膜制造，生产工艺如图1所示。

双向拉伸法

热致型LCP材料的玻璃化转变温度非常不明显，且结晶极快，冷却后的结晶度高，可认为是完全结晶聚合物，因此其无法像传统PET（聚合树脂）或PA6（尼龙6）采用常规的双向拉伸加工方法，同时LCP材料的横向和纵向强度差异明显，横向极易撕裂，需对拉伸工艺和设备进行大幅度改进。对LCP的双向拉伸需在熔融状态下进行，因此需要使用支撑膜以保证LCP发生熔融后的强度，而PTFE（聚四氟乙烯）本身可进行双向拉伸，可带动LCP分子进行同步取向，最终由于PTFE分子表面张力小，可轻易剥离。可行的双向拉伸法LCP薄膜加工工艺如图2所示。

采用特殊的双向拉伸法制造的LCP薄膜，具有纵横向匹配性好、厚度公差好的优点，可生产较厚的LCP薄膜（厚度可达0.2 mm）。但该生产工艺对设备要求最高，加工工艺复杂，投资较大，PTFE材料价格昂贵。

熔融流延法

熔融流延法是最简单的LCP薄膜加工方法， 设备要求最低，与现有流延机相近，冷却过程可采用单层或双层支撑膜，其加工工艺如图3所示。

熔融流延法生产的LCP薄膜纵向取向明显， 横向极易撕裂，但更应该称之为LCP片材，其厚度均匀性好，可直接生产FCCL，对设备要求低。这种方法制造的LCP薄膜刚性大，理论上不适用于挠性覆铜板，其更适用于刚性覆铜板。

吹膜法

吹膜法是目前最成熟、已商业化的LCP薄膜生产工艺，能有效打破分子链的各向异性。吹膜法的设备成熟度相对较高，其加工工艺如图4所示。

吹膜法是唯一经过系统研究的加工方法，从固定模头、双旋转到三旋转模头均进行了详细研究，可实现LCP分子链纵横向的同时拉伸，纵横向匹配度好，其专利报道最多，设备投资相对较小，技术成熟度最高。

03.

LCP薄膜应用

由于5G高频高速的特点，对材料的要求也进一步提高，尤其是在信号传输过程中降低损耗显得非常重要。LCP是目前工程塑料领域介电损耗最低的材料，综合优势最强，我们认为未来在基站端和手机端都将大幅增加 LCP材料的使用。

在5G领域手机端，LCP凭借低且稳定的传输损耗、可弯折性、尺寸稳定性及低吸水率，是技术方面最符合天线要求的材料。

目前PI（聚酰亚胺）基板FPC（挠性电路板） 天线模组仍是目前手机主流设计方案。但是随着5G时代的来临，预计MPI和LCP基板的FPC将加速替代。以苹果公司为例，在iPhone8首次引入LCP 软板的天线方案，2018年三款机型XR/XS/XS max 仍继续采用LCP天线方案，分别使用3/3/2个LCP天线。这是苹果公司在为5G时代进行提前布局。

同时LCP薄膜还可用于耳机振动膜、高阻隔包装膜、汽车雷达和物联网等领域。

04.

结论及展望

（1） 溶液流延法采用特殊的溶致型LCP为原材料，采用类似聚酰亚胺薄膜的加工方式，设备相对成熟，纵横向取向度易于控制。可溶性LCP 原材料供应有限；在加工过程中，溶剂使用量大，环保压力大；所得到的薄膜介电性能偏高， 尺寸稳定性有待提升，溶剂残留可能会在高温SMT过程中起泡。该方法能够生产非常薄的薄膜，在耳机振膜领域应用前景广阔。

（2） 双向拉伸法必须采用特殊的拉伸工艺， 设备要求极高，投资较大，具有较高的技术门槛。但得到的薄膜厚度均匀性好，纵横向匹配性好，可生产较厚的薄膜。

（3） 熔融流延法是最简单的LCP薄膜加工方式，但其纵向取向度明显，柔韧性偏差，更应该被称作LCP片材，其更可能在刚性覆铜板中得到应用。

（4） 吹膜法是目前唯一经过系统研究的加工方法，专利及文献资料较多，可实现分子链纵向和横向同时拉伸和取向，技术成熟度高，是目前国内企业最容易突破的技术路线。但吹膜法无法生产较厚的LCP薄膜（厚度上限为0.125 mm），厚度均匀性较差（厚度公差最低10%），而且得到的LCP薄膜必须经过离线热处理，延长了生产路线，增加了加工难度。

随着我国在5G产业的大力发展和电子产品产业链的完整性，对LCP薄膜的需求和用量必将与日剧增，应用前景广阔。

我国近年来在LCP薄膜上进行大量的研究工作，从LCP膜级树脂到成膜工艺均取得了长足的进步，但与国外还有极大差距。国内研究者应更注重基础研究和加工设备研究相结合，早日实现LCP薄膜产品的技术突破。

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