探析PI薄膜的性能及生产应用

武汉职业技术学院电信学院 张雅娟

随着微电子行业的迅速发展，聚酰亚胺（P I）薄膜作为含有酰亚胺基团的芳杂环高分子化合物，具有良好的电学性能和耐热性，被广泛用于柔性集成印刷电路板多层制板的层间绝缘、半导体表面钝化等方面，是较好的薄膜类绝缘材料。尤其是建立在普通P I薄膜基础上的感光聚酰亚胺薄膜，同时具备了耐热性和感光性，使得曾经复杂的薄膜表面微图刻蚀工艺变得简单易操作，半导体器件的晶化率也大大提高。

1.性能分析

PI 薄膜是透明的黄色膜，都具有优异的耐高、低温性、耐辐射性、电气绝缘性等特点，可以在 2 60 ℃ - 2 80℃ 的高温范围内长时间使用，也可以在 4 00 ℃高温下短时间使用，是做好的耐高温电气类绝缘产品。P I薄膜的这些特点主要是因为聚酰亚胺本身是所有聚合物中具备最高热稳定性的品种之一。

聚酰亚胺是由均苯四甲酸二酐(PMDA)、二氨基二苯醚(ODA)在室温下加入反应药品(最佳配比 1:020.1015.1 - )，在氮气保护下(如图1)，反应开始后控制在20°C左右，开环缩聚，将PAA脱水即可形成P I。

（1）力学性能。聚酰亚胺有很好的机械性能，未增强的基板材料抗张强度均 1 00 M Pa 以上。用均苯型制备的 PI薄膜抗张强度是 1 70 M Pa，而用联苯型聚酰亚胺制成的可达到 4 00 M Pa。聚酰亚胺纤维的弹性模量可达到 5 00 M Pa，仅次于碳纤维。

（2）耐化学药品性。由于 PI材料大多不溶于有机溶剂，被增强过的 PI塑料遇到烯酸，较其他材料更耐腐蚀，在120 ℃ 的高温水煮依然具备良好的稳定性。

（3）耐辐射性。聚酰亚胺薄膜在被109数量级的剂量辐射后，其强度依然可以保持在85%以上，有的甚至可以保持在90%以上。

（4）电性能。P I材料中的大分子含有大量的极性基，这些极性基与相邻基形成共轭体系，故而限制了其极性，使得P I在很宽的温度范围内偶极损耗小，具备优良的电性能。其介电常数不高于3.5，特殊处理后，可以低于2.5，介电强度保持在100-300Kv/mm，因此这种低介电常数的P I材料的研究倍受瞩目。

（5）热性能。由于 PI材料的分解温度都高于 5 00 ℃，分子链中含大量芳香环，故具有优良的耐热性。尤其是由联苯二酐和对苯二胺合成的 PI，分解温度可以达到 6 00 ℃，短时间高温下各项物理性质维持不变。正是因为 PI良好的热性能，它被制成聚酰亚胺树脂，包括热固性树脂和热塑性树脂。热可塑性 PI还可以注射并挤出成型的优异的有热可塑熔融流动性的 PI树脂。 PI树脂优点很多，例如强度高、吸水率低、耐辐射和水解、绝缘性好、耐热氧化、热稳定性好等，故在宇航、原子能工业、核潜艇等军事领域以及微电子的精密加工行业广泛应用。

上述性能在较宽的频率范围内都具有良好的稳定性。此外， PI材料还有耐低温、膨胀系数低、阻燃以及良好的生物相容性等特性。聚酰亚胺优异的综合性能和合成化学上的多样性，可广泛应用于多种领域。

图1 聚酰胺酸环化（PAA）

2.应用

工业生产中的 PI薄膜主要包括均苯型聚酰亚胺薄膜和联苯型聚酰亚胺薄膜两大类。 PI薄膜素来有“黄金薄膜”之称，上述 PI优异的性能使其广泛用于空间技术、柔性印刷线路板、PTC电热膜、计算机、变压器、汽车电子、交通运输等方面。

例如在柔性基底ITO薄膜的制备中，就频繁使用到 PI。柔性基底ITO薄膜是以有机材料为衬底制成的透明导电薄膜。此有机材料必须有90%以上的透光率，有一定的耐温性(至少耐温点达到 12 0 ℃)，放气率低、张力强度好，最重要的是要和薄膜有很好的结合力。一般常用的材料有聚乙烯对苯二甲酯(PET)、聚酰亚胺( PI)。这两类材料都可以耐温达到200 ℃ 以上，高温时性质比较稳定。除了透明度也很好外，还具有耐损伤、耐刻蚀、耐碱性、材料表面形状好且无针孔等特性。尤其值得一提的是，其与衬底附着能力很好，可完成大面积均匀镀膜，而且成本不高。其中，PET衬底的软化点为 2 35 ℃，放气速度低，因此除广泛用于电线电缆的包绕材料，制作录音磁带、录像磁带、计算机带、电影胶片、X光片等传统领域外，后被普遍用来作为磁控溅射制备汽车贴膜、透明导电薄膜的基膜使用。特别是在柔性基底薄膜上直接制备多层膜时，PET衬底薄膜虽然具备很大的价格优势，但 PI衬底薄膜综合性能更好。 PI衬底薄膜具备耐高温、低温、耐辐射和优良的光学性能和电学性能。其薄膜表面非常光滑，没有气泡、针孔和导电杂质；耐温点可达到250 ℃ 且可长期使用。在 PI衬底上用射频磁控溅射法制备柔性ITO薄膜时，射频功率、氧气浓度和衬底温度等参数虽会对薄膜性能产生一些影响，但以 PI为有机材料作柔性基底薄膜比以硬质材料为基底的薄膜应用更广泛，例如高性能汽车贴膜、触摸屏、等离子电视等方面。

目前，电子市场上PI薄膜产品种类繁多，例如CF聚酰亚胺胶带、JPB可成型聚酰亚胺薄膜、HT型聚酰亚胺薄膜等等。

（1）CF聚酰亚胺胶带（如图2）是在CN型聚酰亚胺薄膜表面进行单面F46而成的胶带，FCF为双面涂氟。胶带在常温下不具有粘结性，需要在 3 00 ℃进行热结合粘结，除了具有CN型薄膜耐高温、高强度等特性之外，还具有超强的防潮湿、防腐蚀性能和热封性。主要应用在塑料管型材、电热电路、热封包裹、电磁线绕包绝缘、其他电气绝缘等方面。

（2）JPB可成型聚酰亚胺薄膜性能与JP可成型聚酰亚胺薄膜类似，颜色为黑色，厚度规格有25mμ、38mμ、50mμ、75mμ。 主要应用在扬声器振动膜、止推垫圈、机械垫片等。如图3。

（3）HT型聚酰亚胺薄膜是导电的黑色聚酰亚胺薄膜，其表面电阻被精确控制且为材料上是整体均一性的薄膜，该膜不能被划伤，折坏或磨穿。HT型聚酰亚胺薄膜可作为面状发热膜，具有耐辐射、耐老化、质轻柔软耐折、使用寿命长，表面电阻可控范围60-2Ωk2，可广泛用于 Co

260 以下的发热、保温、烘干等防护元件，同时还具有省电特性，比一般电阻丝省电30%。主要应用在加热器、自动加热装置、健康保护、农业设施、太空和电器元件保温和防静电等方面。如图4。

图2 CF聚酰亚胺胶带

图3 JPB可成型聚酰亚胺薄膜

图4 HT型聚酰亚胺薄膜

3.结论

PI 材料的高温性、优良的介电常数和抗辐射性等使它广泛用在功能薄膜的制备工艺中，尤其是以 PI为有机材料做衬底的柔性基底薄膜。电子级 PI膜随着软性铜箔基材的发展而衍生出来，是 PI膜最大应用领域，而电工级P I膜已经能和国外一样大规模生产。由于对电子级P I膜的薄膜膨胀系数和表面各向均匀性的要求很高，其关键技术依旧被韩国等几个国家掌握，故其成本依旧会在未来一段时间内居高不下。今后P I膜的研究方向必然是从P I的性能和聚合方法上寻求降低其成本的途径。

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