5G時(shí)代，液晶聚合物（LCP）定制介電性能

液晶聚合物(LCP)是屬于芳香族熱塑性聚酯。LCP有兩種類(lèi)型：一種是溶致液晶，溶于溶劑時(shí)具有液晶性質(zhì)。另一種是熱致液晶，熔化時(shí)具有液晶性質(zhì)。目前，熱致性液晶顯示器主要用于電子工業(yè)，因?yàn)橐壕Ь酆衔?LCP)對(duì)于小型電子設(shè)備具有優(yōu)異的性能，并且主要適用于注塑成型的大規(guī)模生產(chǎn)。在商品化的工程塑料中,LCP具有很高的流動(dòng)性，能填充細(xì)小及薄壁的產(chǎn)品,在無(wú)鉛回流工藝的高熱穩(wěn)定性及優(yōu)良的環(huán)保阻燃性,極低的吸水性,較短的成型周期,低收縮率等特點(diǎn)。

隨著電子設(shè)備向著更薄、更復(fù)雜的方向發(fā)展，對(duì)LCP的需求急劇增加。此外，由于電子工業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)LCP提出了許多新的要求。其中一個(gè)要求是介電性能。LCP因其本身固有的低介電常數(shù)而聞名(表1)。如今，通信速度越來(lái)越快，5G通信正在走向世界。由于這種新技術(shù)在高頻范圍(1～20GHz)，所以對(duì)器件的材料提出了低介電常數(shù)和介電損耗的要求。雖然LCP具有較低的介電常數(shù)，但是大多數(shù)等級(jí)的LCP還沒(méi)有滿(mǎn)足工業(yè)要求的低介電常數(shù)規(guī)格。

表1：傳統(tǒng)玻纖增強(qiáng)工程塑料介電常數(shù)

沃特現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出具有可控介電常數(shù)的新規(guī)格，以滿(mǎn)足工業(yè)要求。新等級(jí)在10GHz下介電常數(shù)從低到2.5到高達(dá)8。我們計(jì)劃與客戶(hù)合作,利用這些等級(jí)開(kāi)發(fā)低介電常數(shù)和高介電常數(shù)的新應(yīng)用。

SELCION?LCP是由三星精密化學(xué)公司于2007推出的。2014年沃特決定從三星精密化學(xué)公司購(gòu)買(mǎi)LCP業(yè)務(wù)，以加強(qiáng)沃特公司的高溫工程塑料生產(chǎn)線(xiàn)。沃特接受了三星精密化學(xué)有限公司開(kāi)發(fā)的所有技術(shù)轉(zhuǎn)讓,并擁有包括SELCION?商標(biāo)在內(nèi)的150多項(xiàng)專(zhuān)利權(quán)。韓國(guó)蔚山的生產(chǎn)設(shè)施和研發(fā)設(shè)備被轉(zhuǎn)移到中國(guó)江蘇,并從2015年底重新開(kāi)始了LCP的商業(yè)化生產(chǎn)。

在三星設(shè)計(jì)LCP分子結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)改性規(guī)格的配方技術(shù)基礎(chǔ)上，沃特致力于開(kāi)發(fā)更多樹(shù)脂以滿(mǎn)足客戶(hù)的廣泛需求。與其他商品和工程塑料不同，LCP適用于高度復(fù)雜的零件設(shè)計(jì)和嚴(yán)苛要求。因此更多樣化的樹(shù)脂對(duì)于覆蓋流動(dòng)性,熱穩(wěn)定性,強(qiáng)度、翹曲和韌性的范圍是必不可少的。目前沃特是世界上唯一一家提供所有I型、II型和III型LCP供客戶(hù)選擇的供應(yīng)商。圖1顯示沃特LCP樹(shù)脂的種類(lèi)。

雖然很多的樹(shù)脂是針對(duì)傳統(tǒng)LCP市場(chǎng)在高溫使用的連接器和線(xiàn)圈，但沃特LCP也同時(shí)生產(chǎn)用于纖維和薄膜應(yīng)用以及與其他聚合物共混的樹(shù)脂。

沃特LCP的目標(biāo)是為客戶(hù)的需求提供最佳的解決方案。沃特現(xiàn)在為客戶(hù)的特殊要求提供各種定制等級(jí)。此外，沃特還積極與其他公司合作，開(kāi)發(fā)具有特殊性能的新型樹(shù)脂來(lái)滿(mǎn)足新的應(yīng)用的需求。沃特將是一家在超級(jí)工程塑料領(lǐng)域?qū)で笮碌纳虡I(yè)機(jī)會(huì)的公司的最佳合作伙伴。

圖1：沃特LCP 樹(shù)脂不同熔融溫度與熱變形度的關(guān)系

使用多樣化的樹(shù)脂，沃特還可以為客戶(hù)提供最廣泛的規(guī)格選擇（圖2）。沃特LCP采用填料和添加劑技術(shù)使改性材料等級(jí)多樣化。例如，沃特按客戶(hù)的需要可提供不同流動(dòng)性30%玻纖填充的LCP。沃特以改性工藝為基礎(chǔ)，采用添加玻纖，礦纖，碳纖等。沃特LCP等級(jí)涵蓋了客戶(hù)對(duì)流動(dòng)性和熱穩(wěn)定性的一般要求的整個(gè)范圍。即使在流動(dòng)性和熱穩(wěn)定性相同的區(qū)域中，沃特也根據(jù)強(qiáng)度，翹曲，抗靜電，表面平滑，焊接強(qiáng)度等要求提供各種選擇。

LCP主要用于工業(yè)用途，所以黑色和天然色在市場(chǎng)上最常見(jiàn)。然而，電子設(shè)備的規(guī)格要求一些標(biāo)準(zhǔn)顏色，例如，紅色HDMI、藍(lán)色USB等。沃特具有對(duì)LCP顏色匹配的能力。現(xiàn)在，沃特正在為客戶(hù)指定的顏色提供各種顏色等級(jí)。圖3顯示了LCP的一些選定的顏色等級(jí)，它們同時(shí)滿(mǎn)足阻燃和環(huán)境要求。

圖2：沃特LCP規(guī)格等級(jí)組合

圖3：沃特LCP 顏色規(guī)格

目前，5G通信在現(xiàn)實(shí)生活中離我們?cè)絹?lái)越近，是網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)中最熱門(mén)的話(huà)題。作為5G通信面臨的新挑戰(zhàn)，沃特的材料開(kāi)發(fā)和為工業(yè)提供新材料的先驅(qū)。由于5G通信工作在非常高頻的區(qū)域，所以通常需要在1GHz至20GHz的高頻下使用低介電常數(shù)材料，同時(shí)具有良好的可加工性來(lái)制造具有復(fù)雜設(shè)計(jì)的零件。沃特已經(jīng)開(kāi)發(fā)出幾個(gè)新等級(jí)來(lái)覆蓋所需的介電常數(shù)范圍，它們可以覆蓋在10GHz下介電常數(shù)在2.5～8.0，而大多數(shù)傳統(tǒng)的LCP等級(jí)范圍為DK在3.7～4.5。

介電常數(shù)（DK）定義為

ε為絕對(duì)介電常數(shù)，ε0為自由空間絕對(duì)介電常數(shù)，為相對(duì)介電常數(shù)。是測(cè)量材料中從外部電場(chǎng)儲(chǔ)存了多少能量，而是測(cè)量有多少能量被耗散到外部電場(chǎng)。

圖4：不同頻率下介電常數(shù)的機(jī)理

在低頻區(qū)，介電性質(zhì)由偶極作用（旋轉(zhuǎn)）控制。然而在高頻區(qū)域，原子作用（振動(dòng)）對(duì)介電性能更為重要。(圖片4)

高達(dá)MHz的區(qū)域，介電常數(shù)可以通過(guò)電容測(cè)試（ASTM D150）來(lái)測(cè)量。

C是電容和是真空電容

然而，在1GHz以上測(cè)量介電性能的技術(shù)還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化。測(cè)量高頻介電特性的方法有反射法、透射法、空腔法等。即使在這種不確定的工業(yè)環(huán)境中，沃特已經(jīng)投資制造適當(dāng)?shù)墓ぞ邅?lái)測(cè)量高頻區(qū)域的介電性能，以便引領(lǐng)這一新的工業(yè)領(lǐng)域。沃特使用頻率可高達(dá)26.7G（可升級(jí)到100G）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，采用諧振腔方法可精確測(cè)試5GHZ，10GHZ，20GHZ頻率下的Dk和Df值，采用寬頻的空氣線(xiàn)和波導(dǎo)線(xiàn)方法可以表征0-26.7GHZ頻率下介電性能的變化趨勢(shì)。

沃特不僅可以提供最低的介電常數(shù)材料，而且可以為客戶(hù)需要的頻率范圍定制介電常數(shù)。表4總結(jié)了沃特目前介電常數(shù)的等級(jí)?；谖痔靥幚斫殡娂夹g(shù)的能力，除了可以提供低介電常數(shù)，還可以提供高介電常數(shù)材料。

表2：沃特LCP 低高介電常數(shù)的規(guī)格

現(xiàn)在，沃特正與介電性能非常專(zhuān)業(yè)的公司合作，以便為客戶(hù)提供更好的解決方案和廣泛的選擇。同時(shí)，沃特正在與那些使用低或高介電常數(shù)的材料的客戶(hù)合作，以便定制材料以滿(mǎn)足不僅介電性能而且機(jī)械、熱、加工性能的所有要求。

下一步，沃特開(kāi)發(fā)了低介電薄膜材料，以取代FCCL中用于COF的聚酰亞胺薄膜(PI膜)。由于基于LCP的FCCL的介電常數(shù)可以低到3.2，所以對(duì)于5G通信設(shè)備來(lái)說(shuō)將是必不可少的。一旦完成FCCL LCP材料的優(yōu)化，沃特將為市場(chǎng)提供這種新型的創(chuàng)新材料。

圖片5：基于LCP的FCCL及COF實(shí)例

沃特LCP SELCION?具有最多樣化的等級(jí)組合，為客戶(hù)提供最好的解決方案。雖然沃特在LCP供應(yīng)商中的歷史相對(duì)較短，但沃特已經(jīng)成為開(kāi)發(fā)LCP新應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)LCP新性能的領(lǐng)導(dǎo)者?？蛻?hù)和行業(yè)可以越來(lái)越依賴(lài)沃特LCP技術(shù)來(lái)進(jìn)行下一代的創(chuàng)新。毋庸置疑，沃特將是未來(lái)與高技術(shù)公司最好的合作伙伴。

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