Flüssigkristallpolymer (LCP)-Folien in der Elektronikindustrie

1 Einleitung

Flüssigkristallpolymere (LCP) sind eine einzigartige Klasse von Hochleistungspolymeren, die beim Erhitzen oder Lösen in Lösungsmitteln ein flüssigkristallines Verhalten zeigen. Diese Eigenschaft verleiht LCPs eine unverwechselbare Kombination aus Fließfähigkeit und molekularer Ordnung, was zu einem Material führt, das für seine außergewöhnliche Wärmebeständigkeit, dielektrischen Eigenschaften und Dimensionsstabilität bekannt ist.

LCPs zeichnen sich durch eine starre, stäbchenförmige Molekülstruktur aus, die eine dichte Molekülpackung und hohe intermolekulare Kräfte aufweist, was zu einer überlegenen Hochtemperaturleistung, einer äußerst geringen Wasseraufnahme und hervorragenden Fließeigenschaften führt. Seit ihrer Entwicklung in den 1970er Jahren haben sich die LCP-Materialien in die Typen I, II und III unterteilt, die sich jeweils durch einzigartige strukturelle Zusammensetzungen und thermische Eigenschaften auszeichnen und für verschiedene Anwendungen in der Elektronik, Telekommunikation und industriellen Fertigung geeignet sind.

Unter den LCP-Produkten werden LCP-Folien besonders für ihre Stabilität unter Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzbedingungen geschätzt, was sie ideal für fortschrittliche elektronische Verpackungs- und Kommunikationssysteme macht.

Abb. 1 Prinzip der Flüssigkristallanzeige

2 Einführung in die LCP-Folie

2.1 Was ist eine LCP-Folie?

Flüssigkristallpolymer (LCP) ist ein Makromolekül, das in einem flüssigkristallinen Zustand existieren kann, nachdem es durch Hitze geschmolzen oder durch ein Lösungsmittel aufgelöst wurde. Nach dem Schmelzen oder Lösen durch ein Lösungsmittel wird es von einer starren, festen in eine flüssige, fließfähige Substanz umgewandelt, wobei die Ausrichtung und Ordnung der kristallinen Substanz erhalten bleibt. Auf diese Weise entstehen flüssige, fließfähige und kristalline Moleküle in einer geordneten Anordnung mit den Merkmalen des Flüssigkristallzustands, die als „technische Superkunststoffe“ bekannt sind. Von der molekularen Struktur, hat LCP eine starre stabförmige molekulare Kettenstruktur, die molekulare Kette kann eine stark orientierte Anordnung, die Struktur der Stapelung von engen, großen intermolekularen Kräften sein. Aufgrund seiner speziellen Molekülstruktur verfügt es im Vergleich zu anderen Polymermaterialien über eine ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit, dielektrische Eigenschaften, gute Dimensionsstabilität, ultrahohe Fließfähigkeit und ultra-niedrige Wasseraufnahme.

Abb. 2 Molekularstruktur der verschiedenen Aggregatzustände

2.2 Entwicklungsgeschichte der LCP-Folie

Die Entwicklung von Flüssigkristallpolymeren (LCP) hat sich über mehrere Jahrzehnte erstreckt, wobei Innovationen aus verschiedenen Regionen und von verschiedenen Unternehmen kamen. Die Geschichte der LCP-Produktion lässt sich bis in die frühen 1970er Jahre zurückverfolgen, als verschiedene Typen von LCP eingeführt wurden.

• Typ I LCP: Das erste kommerziell genutzte LCP, bekannt als Ekonol, wurde 1972 in den Vereinigten Staaten entwickelt. Es basierte auf Monomeren wie p-Hydroxybenzoesäure (PHB), Bisphenol A (BP) und Terephthalsäure (TPA), die ihm eine äußerst steife Molekularstruktur und eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit verliehen, wodurch es sich für elektronische Bauteile wie Steckverbinder eignete. Im Jahr 1979 entwickelte Sumitomo Chemical in Japan diese Technologie mit der unabhängigen Entwicklung der E2000-Serie weiter und positionierte Japan als Hauptakteur in der LCP-Produktion.
• Typ II LCP: 1984 führte Hoechst-Celanese LCP des Typs II unter dem Markennamen Vectra ein und machte damit einen bedeutenden Sprung in der LCP-Technologie. Typ-II-LCP, bestehend aus p-Hydroxybenzoesäure (PHB) und 6-Hydroxy-2-naphthoesäure (HNA), bot eine einfachere molekulare Zusammensetzung und bessere mechanische Eigenschaften, wodurch es sich besonders für Antennenmaterialien eignete. Bis 1996 hatte sich diese Technologie weltweit verbreitet, und Polyplastics produzierte LCP unter dem Markennamen LAPEROS.
• Typ III LCP: Eastman Kodak führte 1976 den Typ III LCP ein, dessen Produktion 1986 unter dem Markennamen X-7G begann. Dieser Typ zeichnete sich durch eine flexible Struktur auf Esterbasis aus, die HBA (p-Hydroxybenzoesäure) und PET (Polyethylenterephthalat) kombinierte, doch seine geringere Hitzebeständigkeit beschränkte seine Anwendung hauptsächlich auf Kunststoffverbindungsrohre und Sensoren.

Abb. 3 Entwicklungsgeschichte von LCP

2.3 Klassifizierung von LCP-Folien

LCP-Folien können anhand ihrer molekularen Eigenschaften, ihrer Verarbeitungsmethoden und ihrer Endanwendung klassifiziert werden. Diese Klassifizierungen helfen bei der Bestimmung des geeigneten LCP-Materials für verschiedene industrielle Zwecke.

2.3.1. Klassifizierung nach Flüssigkristallbildung

Je nach den unterschiedlichen Bedingungen für die Erzeugung von Flüssigkristallen können LCP in lyotrope LCP (LLCP), thermotrope LCP (TLCP) und piezotrope Flüssigkristalle unterteilt werden.

Piezotrope Flüssigkristalle sind relativ selten;
Lyotrope LCP müssen in Lösung verarbeitet werden und werden im Allgemeinen als Fasern und Beschichtungen verwendet;
Thermotrope LCPs können im geschmolzenen Zustand zu spritzgussfähigen, faserfähigen und folienfähigen Materialien verarbeitet werden. Sie sind derzeit die am häufigsten verwendeten Materialien.

Abb. 4 Schematisches Diagramm von LLCP und TLCP

2.3.2. Klassifizierung nach Produktqualität

Je nach Produktanforderungen kann LCP in Spritzguss-, Folien- und Fasermaterialien unterteilt werden.

• LCP-Material in Spritzgussqualität wird hauptsächlich für das Spritzgießen verwendet, um komplexe Geometrien durch Fließfähigkeit bei hohen Temperaturen zu formen. Es verfügt über eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit, chemische Beständigkeit und mechanische Festigkeit und eignet sich für die Herstellung hochpräziser Teile.
• LCP-Folien werden hauptsächlich für die Herstellung von Hochleistungsfolien mit guter Wärmebeständigkeit, elektrischer Isolierung und chemischer Stabilität verwendet. Der Hauptvorteil von LCP-Folien ist ihre niedrige Dielektrizitätskonstante und der geringe dielektrische Verlust, wodurch sie sich besonders für Hochfrequenzanwendungen in der Elektronik- und Elektroindustrie eignen.
• LCP in Faserqualität kann zu hochfesten Fasern mit hoher Zugfestigkeit und hohem Modul verarbeitet werden und wird häufig zur Verstärkung von Verbundwerkstoffen verwendet. LCP in Faserqualität verfügt über eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, chemische Stabilität und Dimensionsstabilität und eignet sich daher für Hochleistungsfaseranwendungen.

2.3.3. Klassifizierung nach Wärmebeständigkeit und Molekularstruktur

Auf der Grundlage der Unterschiede zwischen den synthetisierten Monomeren und den Wärmeerzeugungseigenschaften können die LCP-Materialien in Typ I, Typ II und Typ III unterteilt werden.

• Die Molekularstruktur der LCP-Membran vom Typ I besteht aus p-Hydroxybenzoesäure, Bisphenol A und Phthalsäure (PHB, BP und TPA). Typ I LCP Wärmeverformung Temperatur in 250-350 ℃, Wärmebeständigkeit ist relativ gut; aber im Gegensatz dazu ist die Verarbeitung Leistung von Typ I LCP schwach, vor allem für elektronische Komponenten wie Stecker verwendet.
• Typ II LCP-Film Typ II Monomer besteht aus p-Hydroxybenzoesäure und 6-Hydroxy-2-Naphthalin-Carbonsäure (PHB und HNA), die Wärmeverzerrung Temperaturbereich von 180-250 ℃; in der hohen Wärmebeständigkeit zur gleichen Zeit berücksichtigen die Verarbeitungsleistung des Materials, die am besten geeignet für den Einsatz als Antenne Materialien.
• Typ III Monomer besteht aus HBA und PET, die Wärmeverformung Temperatur ist 100-200 ℃, Typ III LCP Wärmeverformung Temperatur, und hitzebeständige Leistung ist relativ schwach, so ist es weniger verwendet, die derzeit.

Tabelle 1 3 Arten von LCP

Typen	Wärmeverformung Temperatur	Molekulare Struktur
Typ I	250-350℃
Typ II	180-250℃
Typ III	100-200℃

3 LCP-Film Produkteigenschaften

3.1 Stabile niedrige Dielektrizitätskonstante und dielektrischer Verlust bei hoher

Geschwindigkeit und hoher Frequenz

Die Dielektrizitätskonstante ist ein Parameter, der die Fähigkeit eines Materials misst, elektrische Energie unter einem elektrischen Feld zu speichern. LCP-Folien haben eine extrem niedrige Dielektrizitätskonstante, die in der Regel zwischen 2,9 und 3,5 liegt, was sie ideal für Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzanwendungen macht. Je niedriger die Dielektrizitätskonstante, desto schneller bewegt sich das elektrische Signal durch das Material, was die Gesamtübertragungsrate erhöht. Gleichzeitig tragen niedrige Dk-Werte zur Verringerung der Signalverzögerung und -verzerrung bei, insbesondere bei der Übertragung von Hochfrequenzsignalen. Die niedrige Dielektrizitätskonstante ermöglicht LCPs eine hervorragende Leistung bei Frequenzen über 10 GHz, wodurch sie sich für den Einsatz in Millimeterwellenbändern und 5G-Kommunikationsgeräten eignen.

Der dielektrische Verlust ist der Verlust von Energie, die von einem Material unter Einwirkung eines elektrischen Feldes in Wärme umgewandelt wird, und spiegelt den Energieverlust eines Materials bei der Leitung eines Signals wider. Der dielektrische Verlust von LCPs ist extrem niedrig und liegt typischerweise im Bereich von 0,002 bis 0,004. Der Energieverlust bleibt auch bei hohen Frequenzen gering. Ein niedriger Df-Wert bedeutet, dass bei der Signalübertragung bei hohen Frequenzen weniger Energie verloren geht, was für die Aufrechterhaltung der Signalintegrität und die Verringerung von Rauschstörungen entscheidend ist. Insbesondere im GHz-Band reduziert ein niedriger dielektrischer Verlust die Signaldämpfung in der Übertragungsstrecke und gewährleistet die Datenintegrität über lange Strecken oder bei hohen Geschwindigkeiten. LCP-Materialien erzeugen weniger Wärme und sind weniger anfällig für Signalverzerrungen oder Materialverschlechterung aufgrund von Temperaturanstieg, was einen stabilen Betrieb über lange Zeiträume in Hochfrequenz- und Hochtemperaturumgebungen gewährleistet.

The low dielectric constant and dielectric loss of LCP films allow them to excel not only at regular temperatures but also over a wide temperature range (-50°C to over 250°C). This makes it ideal for high-speed, high-frequency signal transmission in extreme environments.

The consistently low dielectric constant and low dielectric loss of LCP (Liquid Crystal Polymer) films in high-speed, high-frequency applications are key reasons for their widespread interest and use in modern electronics, communications, and high-frequency signal transmission.

Abb. 5 LCP reduziert die Hochfrequenz-Übertragungsverluste erheblich

3.2 Geringe Wasserabsorption und niedriger thermischer linearer Ausdehnungskoeffizient

LCP-Folien (Flüssigkristallpolymere) bieten aufgrund ihrer geringen Wasseraufnahme und ihres niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten erhebliche Vorteile bei hochpräzisen Elektronik- und Kommunikationsanwendungen. Diese beiden Eigenschaften spielen eine Schlüsselrolle für die Stabilität der LCP-Folienleistung in rauen Umgebungen, insbesondere dort, wo Feuchtigkeit und Temperatur stark schwanken können.

Wasseraufnahme ist die Fähigkeit eines Materials, Wasser aus seiner Umgebung aufzunehmen. LCP-Folie hat eine extrem niedrige Wasseraufnahmerate, typischerweise weniger als 0,04 %. Das bedeutet, dass sie praktisch keine Feuchtigkeit aufnimmt und ihre Leistung selbst in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit stabil bleibt. Wasseraufnahme kann die elektrischen Eigenschaften des Materials erheblich beeinträchtigen und die Dielektrizitätskonstante und den dielektrischen Verlust erhöhen. Aufgrund der extrem niedrigen Wasseraufnahme von LCP-Folien hat Feuchtigkeit jedoch nur sehr geringe Auswirkungen auf ihre elektrischen Eigenschaften, wodurch eine hochwertige Signalübertragung in feuchten Umgebungen gewährleistet ist. Die niedrige Wasseraufnahme bedeutet, dass sich die physikalischen Abmessungen des Materials durch die Wasseraufnahme nicht wesentlich ändern, wodurch sichergestellt wird, dass es in Umgebungen mit schwankender Luftfeuchtigkeit eine hohe Genauigkeit beibehält. Diese Eigenschaften verleihen LCP-Folienoberflächen eine gute Feuchtigkeitsbeständigkeit, wodurch sie für den Einsatz in umweltempfindlichen elektronischen Paketen und externen Geräten geeignet sind, um zusätzlichen Schutz zu bieten.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) ist der Anteil der Länge eines Materials, der sich bei steigender Temperatur ausdehnt, wenn sich die Temperatur ändert. Der lineare Ausdehnungskoeffizient von LCP-Folie liegt typischerweise im Bereich von 10 ppm/°C bis 17 ppm/°C und ist damit deutlich niedriger als bei vielen anderen technischen Kunststoffen und Hochfrequenzmaterialien. Der niedrige CTE ermöglicht es LCP-Folien, bei drastischen Temperaturschwankungen ihre Abmessungen praktisch unverändert zu lassen, sodass sie sich bei hohen Temperaturen oder unter Heiß- und Kaltwechselbedingungen nicht verformen. Dies ist von entscheidender Bedeutung für Präzisionselektronik und Hochfrequenzschaltkreise, bei denen der niedrige CTE von LCP nahe an dem von häufig verwendeten leitfähigen Materialien wie Kupfer liegt, wodurch Delamination, Rissbildung oder Verbindungsfehler aufgrund von Ausdehnungsfehlanpassungen während des Temperaturwechsels minimiert werden. Insbesondere bei Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzleiterplatten kann diese Eigenschaft die Zuverlässigkeit des Geräts erheblich verbessern. Bei Anwendungen, die eine sehr hohe Maßgenauigkeit erfordern, wie flexible Schaltkreise, Sensoren und mikroelektronische Gehäuse, gewährleistet der niedrige CTE die Maßstabilität von LCP-Folien während der Wärmebehandlung, Verarbeitung und Langzeitnutzung.

Abb. 6 Vergleich des Übertragungsverlusts vor und nach Feuchtigkeitsaufnahme zwischen LCP-Substrat und PI-Substrat

3.3 Hohe Dimensionsstabilität und Barriereeigenschaften

LCP-Folien (Liquid Crystal Polymer) sind aufgrund ihrer herausragenden Dimensionsstabilität und Barriereeigenschaften für Hochleistungsanwendungen wichtig.

Die hohe Dimensionsstabilität von LCP-Folien beruht auf ihrer einzigartigen Molekülstruktur, insbesondere ihrer flüssigkristallinen Anordnung der Moleküle, die es dem Material ermöglicht, seine Größe und Form beizubehalten, wenn es Hitze oder Belastung ausgesetzt wird. Der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) von LCP-Folien ist extrem niedrig, wodurch sie bei erhöhten Temperaturen und starken Temperaturschwankungen praktisch immun gegen Wärmeausdehnung oder -kontraktion sind. 17 ppm/°C, was zu praktisch keiner Wärmeausdehnung oder -kontraktion bei erhöhten Temperaturen und starken Temperaturschwankungen führt. Im Vergleich zu anderen Polymermaterialien weisen LCP-Folien bei erhöhten Temperaturen nur eine minimale Dimensionsänderung auf, was bei wärmeempfindlichen Geräten wichtig ist. LCP-Folien haben eine gute Hitzebeständigkeit und können normalerweise in Umgebungen über 250 °C betrieben werden, während ihre physikalischen Abmessungen und Morphologie erhalten bleiben. Diese Eigenschaft ermöglicht es, in Umgebungen mit hohen Temperaturen eine hohe Präzision aufrechtzuerhalten und hitzebedingte Materialverformungen zu vermeiden.

Darüber hinaus verleihen die molekulare Anordnung und die hochfesten molekularen Bindungen der LCP-Folie ihr eine hervorragende Zugfestigkeit und Schlagfestigkeit, sodass sie auch unter mechanischer Belastung ihre ursprüngliche Form und Abmessungen beibehält. Dies ist für die Zuverlässigkeit von Präzisionselektronik von entscheidender Bedeutung. Aufgrund dieser hohen Dimensionsstabilität werden LCP-Folien häufig in Hochfrequenz-Leiterplatten, flexiblen Schaltkreisen, Präzisionselektronikpaketen und anderen Bereichen eingesetzt, in denen hochpräzise und stabile Abmessungen erforderlich sind, um die Zuverlässigkeit der Geräte bei Langzeitgebrauch und rauen Umgebungen zu gewährleisten.

LCP-Folien haben ausgezeichnete Barriereeigenschaften gegenüber Gasen, Feuchtigkeit, Chemikalien usw., was sie zu hervorragenden Leistungsträgern in vielen rauen Umgebungen macht. LCP-Folien haben extrem hohe Barriereeigenschaften gegenüber einer Vielzahl von Gasen (z. B. Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoff usw.). Diese Eigenschaft ist entscheidend für die Verlängerung der Lebensdauer von elektronischen Komponenten und Präzisionsgeräten, insbesondere wenn eine Oxidationsverhinderung erforderlich ist. LCP-Folien haben eine sehr geringe Wasseraufnahme, typischerweise weniger als 0,04 %, und blockieren effektiv das Eindringen von Wasserdampf. Dies verleiht ihnen eine ausgezeichnete Stabilität in feuchten Umgebungen und verhindert, dass Feuchtigkeit die elektrischen Eigenschaften des Materials beeinträchtigt. Daher werden LCP-Folien häufig in elektronischen Geräten und Verpackungen verwendet, die eine hohe Zuverlässigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit erfordern. LCP-Folien sind außerdem chemisch inert, was sie beständig gegenüber einer Vielzahl von Säuren, Basen, Lösungsmitteln und Chemikalien macht. Dies ist bei der Herstellung und Anwendung von chemischen, pharmazeutischen und elektronischen Komponenten von entscheidender Bedeutung, da es eine langfristige Exposition gegenüber korrosiven Umgebungen ohne Abbau oder Beschädigung ermöglicht.

Abb. 7 Die spezielle Molekularstruktur von LCP bestimmt seine einzigartige und hervorragende Leistung im Vergleich zu anderen thermoplastischen Materialien

3.4 Hervorragende Hitzebeständigkeit und ausgezeichnete Heiß-/Kaltwechseleigenschaften

Die Hitzebeständigkeit und Heiß-/Kaltwechseleigenschaften von LCP-Folien (Liquid Crystal Polymer) sind Schlüsselfaktoren, die sie in High-End-Elektronik-, Kommunikations- und Industrieanwendungen hervorstechen lassen. Diese Eigenschaften ermöglichen es LCP-Folien, in Umgebungen mit extremen Temperaturschwankungen stabile physikalische und elektrische Eigenschaften beizubehalten und so die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der Geräte auf lange Sicht sicherzustellen.

Die Hitzebeständigkeit von LCP-Folien beruht auf ihrer einzigartigen Molekülstruktur im Flüssigkristallzustand, die dem Material bei erhöhten Temperaturen eine hervorragende Stabilität verleiht. Mit Wärmeverformungstemperaturen im typischen Bereich von 250 °C bis über 320 °C ist es in der Lage, über lange Zeiträume in extrem heißen Umgebungen ohne nennenswerte physikalische Verformung oder Leistungseinbußen zu arbeiten. Diese Hochtemperaturstabilität macht LCP zu einem idealen Material für elektronische und mechanische Anwendungen in Hochtemperaturumgebungen. LCP-Folien behalten ihre hervorragende mechanische Festigkeit und elektrischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen bei und gewährleisten so die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Geräte während des Hochtemperaturbetriebs. Beispielsweise behalten LCP-Folien in Hochfrequenzschaltungen und 5G-Kommunikationsgeräten eine niedrige Dielektrizitätskonstante und einen geringen dielektrischen Verlust bei und sorgen so auch bei hohen Temperaturen für eine hervorragende Signalübertragungsleistung. LCP-Materialien sind selbstverlöschend und können selbst bei Kontakt mit einer Feuerquelle schnell gelöscht werden, was sie hervorragend für elektronische Komponenten, die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrt und andere Bereiche geeignet macht und das Risiko von Bränden durch hohe Temperaturen oder elektrische Fehlfunktionen verringert. Brandgefahr durch hohe Temperaturen oder elektrische Fehlfunktionen.

Abb. 8 „Hitzebeständigkeit von LCP-Filmen aus Flüssigkristall-Molekülstruktur“

LCP-Filme haben auch  Eigenschaften bei heißem und kaltem Wetter. Kalt- und Heißwechseleigenschaften beziehen sich auf die Fähigkeit eines Materials, seine physikalische und chemische Stabilität bei häufigen Temperaturschwankungen beizubehalten, und LCP-Filme zeichnen sich in solchen Umgebungen aus, da sie mechanischer Belastung, Ermüdung und Materialabbau durch drastische Temperaturschwankungen wirksam widerstehen.

LCP-Filme sind sehr widerstandsfähig gegen Thermoschocks, d. h. das Material erfährt keine signifikanten Dimensionsänderungen oder Risse aufgrund von Wärmeausdehnung und -kontraktion während schneller Erwärmung und Abkühlung. Diese Eigenschaft ist entscheidend für Geräte und Komponenten, die häufigen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, wie z. B. in der Luft- und Raumfahrt und in der Hochfrequenzelektronik. Gleichzeitig haben LCP-Filme einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (normalerweise zwischen 10 ppm/°C und 17 ppm/°C), wodurch sie Heiß- und Kaltzyklen ohne die signifikanten Dimensionsänderungen durchlaufen können, die bei anderen Materialien auftreten. Dadurch wird nicht nur die Haltbarkeit des Materials verbessert, sondern es werden auch Probleme wie Materialverformungen, Rissbildung oder Schichttrennung vermieden, die bei Temperaturübergängen auftreten können.

Darüber hinaus ist die molekulare Anordnung des LCP-Films so strukturiert, dass nach vielen Wärme- oder Kältezyklen keine Ermüdung oder Leistungsminderung auftritt und die mechanische Festigkeit und die elektrischen Eigenschaften über die Zeit erhalten bleiben. Dies ist besonders wichtig für die Hochfrequenzsignalübertragung und Präzisionselektronik, da es deren Langzeitstabilität in extremen Betriebsumgebungen gewährleistet.

Im Vergleich zu anderen Hochleistungsmaterialien wie Polyimid (PI) und Polytetrafluorethylen (PTFE) weisen LCP-Filme nicht nur eine höhere Hitzebeständigkeit auf, sondern weisen auch bessere Eigenschaften hinsichtlich der Wechselwirkung zwischen Hitze und Kälte auf. Während PI-Filme eine hervorragende Hitzebeständigkeit aufweisen, haben sie einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, was sie bei häufigen Wärme- und Kältezyklen anfällig für Dimensionsinstabilität macht. Obwohl PTFE eine bessere chemische Beständigkeit aufweist, sind seine mechanische Festigkeit und seine elektrischen Eigenschaften bei Hochfrequenzanwendungen nicht so gut wie die von LCP.

3.5 Hervorragende mechanische Eigenschaften (hohe Festigkeit, hoher Modul)

LCP-Folien (Liquid Crystal Polymer) haben hervorragende mechanische Eigenschaften, insbesondere hohe Festigkeit und hohen Modul, wodurch sie sich hervorragend für Anwendungen eignen, die Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchung und hohe Belastungen erfordern. Ihre einzigartige Molekularstruktur verleiht dem Material extrem starke mechanische Eigenschaften bei gleichzeitiger Beibehaltung von Leichtigkeit und Dimensionsstabilität. Die hohe Festigkeit von LCP-Folien ist das Ergebnis der hochgeordneten flüssigkristallinen Struktur der Molekülketten, die in Zugrichtung eine regelmäßige Anordnung bilden und so eine hervorragende Zug- und Bruchfestigkeit unter mechanischer Beanspruchung bieten. Die Zugfestigkeit von LCP-Folien liegt typischerweise im Bereich von 150 MPa bis 300 MPa. Die Zugfestigkeit von LCP-Folien kann typischerweise 150 MPa bis 300 MPa erreichen, was viel höher ist als bei vielen herkömmlichen Polymeren. Dies bedeutet, dass LCP-Folien bei mechanischer Beanspruchung weniger anfällig für Brüche oder Verformungen sind und äußeren Zugspannungen wirksam widerstehen können. Obwohl LCP-Material aufgrund seiner Steifigkeit eine hohe Festigkeit aufweist, ist seine Schlagfestigkeit für einige Anwendungen ebenfalls ausreichend. Seine Fähigkeit, bei äußeren Stößen oder Vibrationen stabile mechanische Eigenschaften beizubehalten, macht es in elektronischen Geräten, der Automobilelektronik und in industriellen Anwendungen äußerst zuverlässig. Trotz seiner hohen Festigkeit weist LCP-Folie eine geringe Dichte (ungefähr 1,4–1,6 g/cm³) auf, was es zu einem leichten Hochleistungsmaterial macht, das sich für den Einsatz in Bereichen mit strengen Gewichtsanforderungen eignet, wie etwa in der Luft- und Raumfahrt und der Unterhaltungselektronik. LCP-Folie hat einen extrem hohen Modul, der ein Maß für die Steifigkeit eines Materials ist, und weist daher eine ausgezeichnete Steifigkeit und Verformungsbeständigkeit auf. Der Elastizitätsmodul von LCP-Folie liegt typischerweise im Bereich von 10 GPa. Der Elastizitätsmodul von LCP-Folie liegt typischerweise zwischen 10 GPa und 25 GPa, was bedeutet, dass sie sich unter Spannung nur sehr wenig elastisch verformt. Diese Eigenschaft ermöglicht es ihr, ein hohes Maß an Formstabilität in Präzisionsstrukturen beizubehalten, die weniger anfällig für Biegung oder Verformung sind. Der hohe Biegemodul von LCP-Folie bedeutet auch, dass sie Verformungen unter Biegekräften widersteht, was für Anwendungen, die mechanische Stabilität und Ermüdungsbeständigkeit erfordern, wie flexible Leiterplatten (FPCs) und Antennen, von entscheidender Bedeutung ist. Aufgrund ihres hohen Moduls weist LCP-Folie unter Belastung nur minimale Verformungen auf, was insbesondere in Szenarien wichtig ist, in denen hohe Präzision und Maßhaltigkeit erforderlich sind, wie z. B. bei der Verpackung elektronischer Komponenten, Antennenmaterialien und mikromechanischen Strukturen.

LCP-Folien weisen nicht nur bei Raumtemperatur eine hohe Festigkeit und einen hohen Elastizitätsmodul auf, sondern behalten ihre hervorragenden mechanischen Eigenschaften auch bei erhöhten Temperaturen. LCP-Folien können ihre hohe Festigkeit und ihren Elastizitätsmodul bei erhöhten Temperaturen über 250 °C beibehalten, ohne dass es durch den Temperaturanstieg zu einer nennenswerten Verschlechterung kommt. Dies macht sie ideal für mechanische Anwendungen in Hochtemperaturumgebungen, wie z. B. Hochtemperatur-Elektronikgeräte und Automotorkomponenten. Festigkeit in Niedertemperaturumgebungen: LCP-Folien behalten ihre hohe Festigkeit und Steifigkeit auch bei niedrigen Temperaturen bei und können selbst bei extremen Temperaturen gute mechanische Eigenschaften aufweisen, weshalb sie in einer Vielzahl von Luft- und Raumfahrt- und Militärgeräten eingesetzt werden, insbesondere in Niedertemperatur- und Hochspannungsumgebungen.

Abb. 9 LCP wird aufgrund seiner mechanischen Festigkeit und elektrischen Eigenschaften in der Avionik verwendet

Tabelle 2. Wichtige Eigenschaften von LCP-Filmen (Liquid Crystal Polymer)

4 Schlussfolgerung

LCP-Folien sind aufgrund ihrer einzigartigen Kombination von Eigenschaften führende Materialien für Hochleistungsanwendungen. LCP-Folien haben durchweg niedrige Dielektrizitätskonstanten und -verluste, eine extrem niedrige Wasseraufnahme und niedrige Wärmeausdehnungskoeffizienten, um die Leistungsintegrität auch in rauen Umgebungen aufrechtzuerhalten. LCP-Folien bieten hervorragende Dimensionsstabilität, hohe Festigkeit und ausgezeichnete Beständigkeit gegen Temperaturschwankungen, wodurch sie für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet sind, darunter Hochfrequenz-Leiterplatten, flexible Schaltkreise und präzise elektronische Verpackungen. LCP-Folien bieten im Vergleich zu anderen Hochleistungsmaterialien ausgewogene mechanische, thermische und dielektrische Eigenschaften und gewährleisten so Zuverlässigkeit unter extremen Bedingungen. Da elektronische Geräte immer höhere Frequenzen und Miniaturisierungen erreichen, werden LCP-Folien eine Schlüsselrolle bei der Unterstützung dieser technologischen Fortschritte spielen.

Stanford Advanced Materials (SAM) ist ein wichtiger Anbieter hochwertiger LCP-Folien und unterstützt diese kritischen Anwendungen mit zuverlässigen Materiallösungen.

Weiterführende Literatur:

Flüssigkristallpolymer

Hauptkettenflüssigkristalline Polymere für optische Anwendungen