探析PI薄膜的性能及生產應用

武漢職業(yè)技術學院電信學院 張雅娟

隨著微電子行業(yè)的迅速發(fā)展，聚酰亞胺（P I）薄膜作為含有酰亞胺基團的芳雜環(huán)高分子化合物，具有良好的電學性能和耐熱性，被廣泛用于柔性集成印刷電路板多層制板的層間絕緣、半導體表面鈍化等方面，是較好的薄膜類絕緣材料。尤其是建立在普通P I薄膜基礎上的感光聚酰亞胺薄膜，同時具備了耐熱性和感光性，使得曾經(jīng)復雜的薄膜表面微圖刻蝕工藝變得簡單易操作，半導體器件的晶化率也大大提高。

1.性能分析

PI 薄膜是透明的黃色膜，都具有優(yōu)異的耐高、低溫性、耐輻射性、電氣絕緣性等特點，可以在 2 60 ℃ - 2 80℃ 的高溫范圍內長時間使用，也可以在 4 00 ℃高溫下短時間使用，是做好的耐高溫電氣類絕緣產品。P I薄膜的這些特點主要是因為聚酰亞胺本身是所有聚合物中具備最高熱穩(wěn)定性的品種之一。

聚酰亞胺是由均苯四甲酸二酐(PMDA)、二氨基二苯醚(ODA)在室溫下加入反應藥品(最佳配比 1:020.1015.1 - )，在氮氣保護下(如圖1)，反應開始后控制在20°C左右，開環(huán)縮聚，將PAA脫水即可形成P I。

（1）力學性能。聚酰亞胺有很好的機械性能，未增強的基板材料抗張強度均 1 00 M Pa 以上。用均苯型制備的 PI薄膜抗張強度是 1 70 M Pa，而用聯(lián)苯型聚酰亞胺制成的可達到 4 00 M Pa。聚酰亞胺纖維的彈性模量可達到 5 00 M Pa，僅次于碳纖維。

（2）耐化學藥品性。由于 PI材料大多不溶于有機溶劑，被增強過的 PI塑料遇到烯酸，較其他材料更耐腐蝕，在120 ℃ 的高溫水煮依然具備良好的穩(wěn)定性。

（3）耐輻射性。聚酰亞胺薄膜在被109數(shù)量級的劑量輻射后，其強度依然可以保持在85%以上，有的甚至可以保持在90%以上。

（4）電性能。P I材料中的大分子含有大量的極性基，這些極性基與相鄰基形成共軛體系，故而限制了其極性，使得P I在很寬的溫度范圍內偶極損耗小，具備優(yōu)良的電性能。其介電常數(shù)不高于3.5，特殊處理后，可以低于2.5，介電強度保持在100-300Kv/mm，因此這種低介電常數(shù)的P I材料的研究倍受矚目。

（5）熱性能。由于 PI材料的分解溫度都高于 5 00 ℃，分子鏈中含大量芳香環(huán)，故具有優(yōu)良的耐熱性。尤其是由聯(lián)苯二酐和對苯二胺合成的 PI，分解溫度可以達到 6 00 ℃，短時間高溫下各項物理性質維持不變。正是因為 PI良好的熱性能，它被制成聚酰亞胺樹脂，包括熱固性樹脂和熱塑性樹脂。熱可塑性 PI還可以注射并擠出成型的優(yōu)異的有熱可塑熔融流動性的 PI樹脂。 PI樹脂優(yōu)點很多，例如強度高、吸水率低、耐輻射和水解、絕緣性好、耐熱氧化、熱穩(wěn)定性好等，故在宇航、原子能工業(yè)、核潛艇等軍事領域以及微電子的精密加工行業(yè)廣泛應用。

上述性能在較寬的頻率范圍內都具有良好的穩(wěn)定性。此外， PI材料還有耐低溫、膨脹系數(shù)低、阻燃以及良好的生物相容性等特性。聚酰亞胺優(yōu)異的綜合性能和合成化學上的多樣性，可廣泛應用于多種領域。

圖1 聚酰胺酸環(huán)化（PAA）

2.應用

工業(yè)生產中的 PI薄膜主要包括均苯型聚酰亞胺薄膜和聯(lián)苯型聚酰亞胺薄膜兩大類。 PI薄膜素來有“黃金薄膜”之稱，上述 PI優(yōu)異的性能使其廣泛用于空間技術、柔性印刷線路板、PTC電熱膜、計算機、變壓器、汽車電子、交通運輸?shù)确矫妗?/p>

例如在柔性基底ITO薄膜的制備中，就頻繁使用到 PI。柔性基底ITO薄膜是以有機材料為襯底制成的透明導電薄膜。此有機材料必須有90%以上的透光率，有一定的耐溫性(至少耐溫點達到 12 0 ℃)，放氣率低、張力強度好，最重要的是要和薄膜有很好的結合力。一般常用的材料有聚乙烯對苯二甲酯(PET)、聚酰亞胺( PI)。這兩類材料都可以耐溫達到200 ℃ 以上，高溫時性質比較穩(wěn)定。除了透明度也很好外，還具有耐損傷、耐刻蝕、耐堿性、材料表面形狀好且無針孔等特性。尤其值得一提的是，其與襯底附著能力很好，可完成大面積均勻鍍膜，而且成本不高。其中，PET襯底的軟化點為 2 35 ℃，放氣速度低，因此除廣泛用于電線電纜的包繞材料，制作錄音磁帶、錄像磁帶、計算機帶、電影膠片、X光片等傳統(tǒng)領域外，后被普遍用來作為磁控濺射制備汽車貼膜、透明導電薄膜的基膜使用。特別是在柔性基底薄膜上直接制備多層膜時，PET襯底薄膜雖然具備很大的價格優(yōu)勢，但 PI襯底薄膜綜合性能更好。 PI襯底薄膜具備耐高溫、低溫、耐輻射和優(yōu)良的光學性能和電學性能。其薄膜表面非常光滑，沒有氣泡、針孔和導電雜質；耐溫點可達到250 ℃ 且可長期使用。在 PI襯底上用射頻磁控濺射法制備柔性ITO薄膜時，射頻功率、氧氣濃度和襯底溫度等參數(shù)雖會對薄膜性能產生一些影響，但以 PI為有機材料作柔性基底薄膜比以硬質材料為基底的薄膜應用更廣泛，例如高性能汽車貼膜、觸摸屏、等離子電視等方面。

目前，電子市場上PI薄膜產品種類繁多，例如CF聚酰亞胺膠帶、JPB可成型聚酰亞胺薄膜、HT型聚酰亞胺薄膜等等。

（1）CF聚酰亞胺膠帶（如圖2）是在CN型聚酰亞胺薄膜表面進行單面F46而成的膠帶，F(xiàn)CF為雙面涂氟。膠帶在常溫下不具有粘結性，需要在 3 00 ℃進行熱結合粘結，除了具有CN型薄膜耐高溫、高強度等特性之外，還具有超強的防潮濕、防腐蝕性能和熱封性。主要應用在塑料管型材、電熱電路、熱封包裹、電磁線繞包絕緣、其他電氣絕緣等方面。

（2）JPB可成型聚酰亞胺薄膜性能與JP可成型聚酰亞胺薄膜類似，顏色為黑色，厚度規(guī)格有25mμ、38mμ、50mμ、75mμ。 主要應用在揚聲器振動膜、止推墊圈、機械墊片等。如圖3。

（3）HT型聚酰亞胺薄膜是導電的黑色聚酰亞胺薄膜，其表面電阻被精確控制且為材料上是整體均一性的薄膜，該膜不能被劃傷，折壞或磨穿。HT型聚酰亞胺薄膜可作為面狀發(fā)熱膜，具有耐輻射、耐老化、質輕柔軟耐折、使用壽命長，表面電阻可控范圍60-2Ωk2，可廣泛用于 Co

260 以下的發(fā)熱、保溫、烘干等防護元件，同時還具有省電特性，比一般電阻絲省電30%。主要應用在加熱器、自動加熱裝置、健康保護、農業(yè)設施、太空和電器元件保溫和防靜電等方面。如圖4。

圖2 CF聚酰亞胺膠帶

圖3 JPB可成型聚酰亞胺薄膜

圖4 HT型聚酰亞胺薄膜

3.結論

PI 材料的高溫性、優(yōu)良的介電常數(shù)和抗輻射性等使它廣泛用在功能薄膜的制備工藝中，尤其是以 PI為有機材料做襯底的柔性基底薄膜。電子級 PI膜隨著軟性銅箔基材的發(fā)展而衍生出來，是 PI膜最大應用領域，而電工級P I膜已經(jīng)能和國外一樣大規(guī)模生產。由于對電子級P I膜的薄膜膨脹系數(shù)和表面各向均勻性的要求很高，其關鍵技術依舊被韓國等幾個國家掌握，故其成本依舊會在未來一段時間內居高不下。今后P I膜的研究方向必然是從P I的性能和聚合方法上尋求降低其成本的途徑。

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