聚酰亞胺薄膜（Polyimide Film，PIF），簡稱PI膜，具有優異的耐輻照、耐腐蝕、耐高低溫性能、化學穩定性以及力學性能、介電性能，與碳纖維、芳綸纖維并稱為制約我國發展高技術產業的三大“卡脖子”高分子材料。根據用途，PI薄膜可分為以耐熱、絕緣為目的的電工級PI薄膜和附有低膨脹系數、高撓性等要求的電子級PI薄膜。電子PI薄膜作為撓性覆銅板（FCCL）、封裝基板（COF）等的核心原材料，是當前PI市場最大且最快的應用領域。

電子級聚酰亞胺薄膜的應用

1.PI膜用于撓性覆銅板

撓性印制電路板（FPC）是一種以撓性覆銅板（FCCL）為基材制成的一種具有可撓性的印刷電路板，本身是PCB的一種，又被稱為“軟板”。采用的柔性基材使其具有配線密度高、重量輕、厚度薄、可彎曲、靈活度高等優點，能承受數百萬次的動態彎曲而不損壞導線，依照空間布局要求任意移動和伸縮，實現三維組裝，達到元器件裝配和導線連接一體化的效果，具有其他類型電路板無法比擬的優勢，廣泛應用在手機、筆記本電腦、導航設備、航空航天設備等電子產品中。其中，撓性覆銅板（FCCL）占整個原材料的40%，而PI薄膜可制成撓性覆銅板（FCCL）基板和覆蓋膜，實現FPC的可撓性。

撓性電路板

FCCL使用的PI基膜和覆蓋膜不僅要求具有良好耐熱性能和機械性能，還必須具備優異的撓曲性、尺寸穩定性和介電絕緣性能。

（1）高尺寸穩定性的PI膜

FCCL領域中利用低熱膨脹系數（CTE）來描述PI薄膜的高尺寸穩定性。FCCL的低膨脹系數要求PI薄膜的CTE盡量與銅接近，即聚酰亞胺薄膜的熱膨脹系數在15~18 ppm/℃范圍內，可減少兩者之間因CTE差別較大而引起的界面應力。目前，降低PI薄膜CTE的主要方法是采用分子結構設計以及成膜工藝的改進。

芳香族聚酰亞胺在設計分子結構時引入氫鍵、剛性的平面結構單元，在亞胺化時聚合物分子鏈會形成緊密的堆積，面內形成高度取向的有序排列，因此PI薄膜CTE明顯降低，但是如果PI分子結構引入剛性基團致使聚合物剛性太強，分子鏈過分僵硬，分子鏈之間不會卷曲糾纏，則固化后PI膜韌性太低、太脆而沒有應用價值。

除了從分子結構層面設計以達到降低 CTE 的目的外，也可通過聚酰亞胺成膜工藝的改進和創新實現這一目的。影響聚酰亞胺聚集態結構和熱膨脹系數的因素，包括所用溶劑、涂膜方式、凝膠化過程、酰亞胺化方法和過程、牽伸條件以及退火條件等。可通過雙向拉伸工藝和牽伸比TD/MD的合理控制實現PI薄膜的低 CTE和各向同性。而聚酰胺酸凝膠膜的可牽伸性取決于溶劑含量，只有當溶劑含量在30%~50%之間，聚酰亞胺膠膜才可以在TD和MD方向均可以牽伸。

聚酰亞胺薄膜成膜工藝流程

（2）低介電損耗的PI膜

高分子電介質材料的介電常數（Dk）可由以下公式表示：

式中：P 為高分子中官能團的摩爾極化度 (cm³/mol)，V為高分子中官能團的摩爾體積 (cm³/mol)。可以看出，高分子材料的介電常數與P/V成正比，摩爾極化度P越小，或者是摩爾體積V越大，則高分子的Dk越小。

因此，設計高分子的結構時，可以從以下幾點考慮：

（1）引入極化度低的官能團，如含氟集團（—F）、亞甲基（—CH₂—）、甲基（—CH₃）等；

（2）引入摩爾體積大的官能團，如苯基或芳香類官能團；

（3）避免引入P/V值高的官能團，如羥基、羧基等。

在亞胺化過程中，調整聚酰胺酸自支撐膜的升溫程序以及拉伸條件等可以有效控制成膜平面取向系數 POC，從而實現PI薄膜的介電常數的調控。

2.PI膜用于OLED柔性顯示

近幾年，OLED柔性顯示技術正向可折疊、可卷曲方向發展，而實現柔性化的關鍵材料是聚酰亞胺薄膜。柔性顯示需要使用聚酰亞胺薄膜的單元包括：顯示基板、顯示封裝基板、觸屏基板，觸屏蓋板，顯示屏蓋板等。OLED顯示使用的聚酰亞胺薄膜需兼有耐高溫和無色透明等兩方面的性能。

在柔性OLED器件的加工過程中，低溫多晶硅薄膜晶體管（LTPS-TFT）的加工溫度不低于450 ℃，因此，聚酰亞胺薄膜作為柔性基板也要求極高的耐熱性能（T_g >450℃）。另外還要求聚酰亞胺薄膜在室溫~400 ℃范圍內具有超低熱膨脹系數CTE<4 ppm/ ℃，以確保高溫制程中的尺寸穩定性。

相較于FCCL中聚酰亞胺薄膜的低CTE，柔性顯示基板要求更低。在結構設計上，柔性顯示基板所用聚酰亞胺可采用剛性棒狀、分子間氫鍵或化學交聯基團等結構單元，以實現超高耐熱、超低熱膨脹系數。

另外，傳統PI透明薄膜通常為黃色或棕色，為提高 PI 薄膜的透明度，可在設計 PI分子結構時引入大取代基、含氟基團或引入脂環結構二酐或二胺等，有效抑制 PI分子鏈中影響透光性物質的形成，進而得到無色透明的PI薄膜。

無色透明PI膜在柔性OLED中的應用

3.PI膜用于5G通信

目前，在微電子封裝領域，聚酰亞胺（PI）薄膜因為其優異的綜合性能被認為是理想的封裝材料，特別是在柔性封裝基板方面。隨著電子器件的高速發展，集成化、微型化、輕薄化以及5G通信帶來的高頻化成為電子器件的發展新趨勢，在電子器件中應用的聚酰亞胺絕緣薄膜因此面臨著越來越高的導熱要求。傳統的聚酰亞胺薄膜導熱系數在0.2 W/(m·K) 以下，無法滿足電子器件的快速散熱要求，近幾年，國內外研究人員采用導熱填料與聚酰亞胺樹脂共混的方式來提高聚酰亞胺薄膜的導熱性能。

添加具有良好的導熱性和絕緣性陶瓷類填料是制備導熱絕緣薄膜的首選方案，主要填料種類有氮化硼、氮化鋁、氮化硅等。導熱填料的尺寸大小、加入量以及填料與基體界面的相互作用對復合材料的導熱系數有重要的影響。

柔性電子器件封裝

參考來源：

1.電子級聚酰亞胺薄膜的市場現狀和研究進展，潘麗、劉甜甜、武海濤、馮翀（橡塑技術與裝備）；

2.高性能聚酰亞胺薄膜的市場需求與技術挑戰，郭海泉（第十九屆中國覆銅板技術研討會論文集）；

3.導熱聚酰亞胺絕緣薄膜材料的研究進展，高夢巖、王暢鷗、賈妍（絕緣材料）。

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