用于小间距电气连接器的液晶聚合物


作者:本刊编译 日期:2019/06/03 来源:PT塑料网

两种新的高流动性、低翘曲配方液晶聚合物材料,为成型当今更薄、更小及更高密度的连接器而发挥了重要作用。

今天,液晶(或结晶)聚合物(简称“LCPs”)被广泛地应用于电子工业的各种表面贴装技术(简称“SMT”),包括连接器——比如,用于笔记本电脑的小型双列直插内存模块(简称“S/O DIMMs”)以及用于智能手机和平板电脑的柔性印刷电路(简称“FPCs”)。这是因为,这些树脂为在短循环时间内填充复杂的几何形状而提供了出色的流动性,同时还提供了优异的耐热性和耐化学性,以及独特的力学性能,无需添加阻燃剂即可实现UL* 94 V-0阻燃性能,而且废物/废料可回收利用(熔化后再加工)。因此,LCPs还越来越多地被用来成型要求极为苛刻的小间距连接器。为了节省印刷电路板(简称“PCBs”)的空间,从而满足更小型、更紧凑的消费电子产品向小型化方向发展的趋势,连接器的设计正变得更小、更薄,相比传统连接器,可以堆叠得更高。


液晶(或结晶)聚合物被广泛地应用于电子工业的各种表面贴装技术

为响应这一发展趋势,住友化学先进技术有限公司(Sumitomo Chemical Advanced Technologies LLC)开发了两种新级别的SumikaSuper™ LCP材料,它们专为应对小间距连接器的挑战性要求而设计。

小间距连接器,是对空间有限的PCB设计更有效的一种新型互连方式,因为较小的中心线或节距,使得较大的“线-板”互连不可行。由于具有极细的间距(0.2~0.3 mm),小间距连接器比传统的连接器更小、更薄,而且得到了优化从而可以获得较低的剖面堆叠高度(低至1mm),但堆叠密度却比传统连接器的更高。此外,这些高密度的连接器还必须耐用、可靠且经济实惠,并能提供高耐热性和耐化学性,以适应表面贴装加工的要求,同时还能在空间较小的紧凑型设备中工作并确保散热。新的SumikaSuper LCP级别材料为成型小间距连接器而提供了出色的加工性能,减少了极薄壁截面成型中发生的翘曲变形,从而能够精确地成型出薄、轻而小的互连和通孔。

在塑料领域中,LCPs属于加工性独特且拥有极高性能的热塑性聚合物材料,大多数的商用LCPs都是芳香族聚酯,拥有极高的热性能和力学性能、固有的阻燃性、良好的耐候性、出色的电气性能、高抗应力开裂性和化学惰性,这使得这类树脂非常适合应用于电气和电子部件(包括光纤电缆、PCBs、芯片载体和其他表面安装组件、微机电系统(MEMS))、汽车部件(包括点火和变速器系统部件、灯插座、泵部件、线圈和传感器等)、打印机/复印机/传真机部件、炊具、高阻隔/干馏加工食品容器,以及泵、仪表和阀门等化学处理部件。

大多数情况下,LCPs主要通过注塑成型而得到加工。LCPs适应各种热塑性焊接技术,尤其是超声波焊接和激光焊接。凭借其分子链的高刚性结构及其液晶属性(它几乎是线性的,并占据了一个堆叠的方向,不管是固相还是液相,都能保持其有序性),LCPs是高度各向异性的。通常,LCP聚合物链中的一级键具有很强的吸引力,很难断裂,而分子链之间的二级键较弱且更易断裂。虽然大多数的热塑性塑料尤其是纤维增强的热塑性塑料在加工后显示出一定程度的各向异性,但LCPs的成型性能在流动方向和交叉流动方向上可能有明显的不同,这需要在设计部件和模具时给予一些关注,以利用这些聚合物的这一特性,避免这一特性带来的挑战。这些分子链高度有序的及线性的属性,为LCPs在流向上提供了自增强特性,从而有助于提高力学性能。

像其他任何材料一样,LCPs 也有其缺点,尽管这些缺点通常可以克服。比如,在LCPs中存在的高度的各向异性,意味着熔接痕(不同分子取向的流动面汇聚之处)较弱,从而易产生翘曲和热膨胀差异。实际上,LCPs通常由玻璃纤维和矿物填料进行增强——不是增加刚度和强度,而是减少各向异性。通过在注塑模具中进行适当的浇口设计,可以改善翘曲变形问题。

LCPs的价格也因其高性能而相应较高。然而,鉴于其高熔化流速、快速的设置时间以及流动方向的低热膨胀,能够在较短的成型循环时间内将LCPs制成薄壁件,从而以较低的部件重量和较少的材料用量赋予部件高性能——所有这些,都有助于抵消较高的初始材料成本。此外,也可将LCPs成型为大型的厚壁部件。

LCPs独特的热稳定性使得加工商能够有效地重新使用粉碎、回收的不合格部件,从而进一步减少了材料损失,有效降低了部件成本。因此,LCPs以其高耐热性、良好的流动性以及为减重带来的机遇而常常被用于取代金属、陶瓷和其他塑料材料。

针对小间距连接器,两个新级别的材料:SumikaSuper SZ6505HF为成型厚度0.1 mm或大于0.1 mm的部件提供了更高的流动性,SumikaSuper SR2506为成型厚度0.08 mm或小于0.08 mm 的部件提供了更高的流动性。因此,它们比标准级别的LCPs具有更多的优势,比如,在薄壁成型中表现出更好的注塑成型加工性能。实际上,与聚酯基LCPs相比,这两种新级别的材料在全球市场中设立了新的流动性和加工性标准。与标准级别的LCP相比,在薄壁应用中,它们不易发生翘曲变形。


此图对比了专为小间距连接器应用而设计的玻璃纤维增强LCPs和矿物填充LCPs这两种新级别材料(蓝线为SumikaSuper™ SR2506,红线为SumikaSuper™ SZ6505HF)的注射压力/填充率比值与标准级别(绿线为SumikaSuper E6808UHF Z LCP)的注射压力/填充率比值,数据表明,这两种新级别的材料要比标准级别的材料更快、更容易地填充测试部件


两种新的LCP级别材料(蓝柱为SumikaSuper™ SR2506,红色柱为SumikaSuper™  SZ6505HF)的流长比测试结果与标准级别(绿色柱为SumikaSuper E6808UHF Z)流长比的对比情况,可以看出,SumikaSuper SZ6505HF (红柱)在商用LCPs中显示出了0.1 mm以下的最佳流动性;其次,通过对熔体黏度与相关温度的成功控制,SumikaSuper SR2506 (蓝柱)提供了最佳的性能,在此级别中,熔体黏度对温度的敏感性较低,因此,在极薄的壁段中,其流动性要比其他LCPs更好——这被认为是极为苛刻的成型条件。总之,这两种新级别的材料为全球市场的LCPs设立了新的流动性和加工性标准


衡量可成型性和加工性的另一种方法是比较温度与黏度。两种新级别的材料(SumikaSuper™ SR2506为蓝线,SumikaSuper™ SZ6505HF为红线)比标准级别(SumikaSuper E6808UHF Z LCP为绿线)的材料拥有更好的性能


最大程度地减小翘曲和其他尺寸变化的能力,对于诸如小间距连接器等薄壁产品的成型极为重要,因为成型后由应力释放而引起的尺寸变化,可能会从连接器和电路板上拉断电线,导致设备停止正常运行。此图对采用两种新级别的LCP(蓝柱为SumikaSuper™ SR2506,红柱为SumikaSuper™ SZ6505HF) 成型小间距连接器所产生的翘曲变形与采用标准级别的LCP(绿柱为SumikaSuper E6808UHF Z)成型小间距连接器所产生的翘曲变形进行了对比

住友化学先进技术有限公司能够根据给定连接器的设计和厚度要求,提供适合的LCP级别。该公司自1972年起就一直在生产聚酯基LPCs,并提供数十种配混物以及与其他高性能热塑性塑料如PES组合的合金材料,以满足广泛的力学性能要求和热要求(260~360℃)。除了提供高质量的材料,该公司还凭借“从部件设计到现场成型辅助”的一流技术支持而享誉业界。