高熔融强度液晶高分子材料研制及应用技术样本.doc

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高熔融強度液晶高分子材料研製及應用技術
一、 緣起 1
二、 高性能LCP膜材料之特性 2
三、 結論 9

圖表 1 4
圖表 2 4
圖表 3 4
圖表 4 5
圖表 5 5
圖表 6 6
圖表 7 6
圖表 8 7
圖表 9 8
圖表 10 8

一、 緣起
        液晶高分子(LCP)由於俱有剛直棒狀之分子可透過加工配向呈現高強度、 高耐熱、 低CTE、 低介電常數、 低吸水率及高阻氣特性和優越之電氣性能等之潛在特性, 預期應用於耐熱電子材料及高性能工程塑膠基材將極具發展潛力。
        当前LCP依其耐熱性不同, 大略分為3類型, 第(Ⅰ)型LCP之熱變形溫度(HDT)大於270℃以上, 代表性之分子結構如下所示, 生產廠商如住友之EkonolR及Amoco之XyderR, 其主要應用於如耐高溫SMT型連接器。

        第(Ⅱ)型LCP之HDT介於240℃～270℃之間, 其帶有Kink分子結構如下所示, 生產廠商如Hoechst之VectraR, 由於分子排列不對稱, 其耐溫性稍低, 因此應用於一般型之連接器。

        第(Ⅲ)型LCP之HDT小於240℃, 其帶有Aliphatic分子結構如下所示, 生產廠商如三菱之EPER, 其加熱溫度略低且加工流動性佳, 因此使用於一般工程塑膠及工業纖維之應用。

        当前由於LCP之分子尺寸屬棒狀分子, 一旦配向後即形成分子級之阻隔屏障, 因此在低吸水率及高阻氣性具特殊功效。下表1所示為(Ⅰ)型LCP與高性能PI工程塑膠之主要性能比較, 可看出LCP在吸水率, 阻氣特性, 介電常數及尺寸安定性皆凌駕PI許多, 可因應次世代電子構裝材料及高性能工程塑膠基材之需求。
表一: (Ⅰ)型LCP與高性能PI工程塑膠性能比較
性　　　　能
LCP
PI(Capton)R
‧吸水率(23℃/24hr, %)
0.04
2.9
‧CTE (ppm/℃)
16
18
‧介電常數(3GHz)
3.0
3.5
‧Tg(℃)
310
≧300
‧楊氏係數(kgf/cm2)
700
350
‧氧透過性(cc.20m /m2.day.atm)
0.3
490
‧水氣透過性(g.20m /m2.day.atm)
0.13
105
Source: CaptonR及VectraR之目錄性能資料
        当前Connector射出用線性LCP因其剛直棒狀之分子結構呈現極低之熔融粘度及近似牛頓流體型之熔融流變行為, 因此不易進行高熔融強度需求之押出成膜或吹膜等加工成形及其成膜後之雙軸延伸配向加工製程。爰此, 本研究於今年精密與機能性化學技術開發與應用科技專案計畫項下, 提出高熔融強度LCP材料研製與應用技術, 本研究藉助分子設計, 據此研製俱高熔融強度加工特性之LCP材料, 俾利能順利進行押膜等成形加工製程, 研製高性能LCP膜材料, 此高性能LCP膜材料應用領域如下:
· FPC用基材
· Interpose for TBGA & CSP(圖8)
· 高密度構裝用多層基板
· 高頻基板
· IC Pakaging用絕緣Film/Tape
· Bear Chip及CSP貼合主機板用接著Tape
· TAB用Carrier-Film及Adhensive-Film
· 高耐熱工程塑膠
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二、 高性能LCP膜材料之特性
        表2~5及圖1~9所示為高性能LCP膜材料之性能, 並與PI做比較, 可看出LCP俱有比PI膜材料有更低之吸水率/介電常數/損失係數/熱膨脹係數(CTE)及較優之尺寸安定性/阻氣性/熱傳導率, 另俱可回收再利用之熱可塑材料特性, 可直接進行熱貼合銅箔, 且可使用較價廉之電解銅箔來貼合, 而不需用Epoxy背膠。
Tab.2 Main Strong Points of LCP Film
· Low Water Absorbing Property
· Supreme Dimensional Stability to Humidity
· Excellent Thermal Resistance
· High Fabrication Quality
· Coefficient of Thermal Expansion (CTE)
· Excellent Electrical Properties
(Low D.K.)
· Flammability
· Prominent Gas Barrier Properties
· High Thermal Conductivity
· Water Absorbing Capacity 0.04% Good Electric Insulating Properties under High Humidity
· Dimensional Change for Water Absorbing 4ppm%RH
· Solder Resistance 280℃, 120sec
· Thermoplasticity
· CTE of Circuit Board is adjustable to that of Silicone
· Especially in High Frequency Region
· UL94VTM-0
· Practically almost no Gas Permeability for Moisture Vapor, Oxygen and so on
· Efficient Removal of Heat from the Semiconductor Junetion to the Substrate
Source: 日本Gore-Tex公司出品LCP膜技術資料
Tab.3 Gas Barrier Properties of LCP Film

圖表 1
Source: 日本Kuraray公司出品LCP膜技術資料
Tab.4 Chemical Resistance of LCP Film

圖表 2
Source: 日本Kuraray公司出品LCP膜技術資料
Tab.5 Impurities in LCP Film

圖表 3
Source: 日本Kuraray公司出品LCP膜技術資料

圖表 4
Source: 日本Gore-Tex公司出品LCP膜技術資料
Fig.1 Accumulated Dimensional Stability of LCP Film

圖表 5
Source: 日本Gore-Tex公司出品LCP膜技術資料
Fig.2 Accumulated Dimensional Stability of LCP Film

圖表 6
Source: 日本Gore-Tex公司出品LCP膜技術資料
Fig.3 Results of Reliability Test of LCP Film

圖表 7
Source: 日本Gore-Tex公司出品LCP膜技術資料
Fig.5 Frequency Property (Dissipation Factor) of LCP Film

圖表 8
Source: 日本Gore-Tex公司出品LCP膜技術資料
Fig.6 Moisture Dependence (Dielectric Constant) of LCP Film

圖表 9
資料來源: 日本Gore-Tex公司出品LCP膜技術資料
Fig.8 IC構裝之輕薄短小化

圖表 10
資料來源: 日本Gore-Tex公司出品LCP膜技術資料
Fig.9 QFP、 BGA、 CSP覆晶元件的外觀比較
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三、 結論
· LCP俱有比PI膜材料有更低之吸水率/介電常數/損失係數/熱膨脹係數(CTE)及較優之尺寸安定性/阻氣性/熱傳導率, 且俱可回收再利用之熱可塑材料特性, 可直接進行熱貼合銅箔, 而不需用Epoxy背膠, 且LCP材料合成所需之單體原料, 國內皆有生產, 因此比PI更俱Cost面之優勢競爭力, 預期應用到次世代電子構裝材料之潛力無窮。
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