聚酰亚胺：半导体高端领域的黄金材料
聚酰亚胺：半导体高端领域的黄金材料
聚酰亚胺（PI）是一种高性能工程塑料，以其出色的热稳定性、机械性能、化学耐性以及电绝缘特性而著称，被誉为“21世纪最有希望的高分子材料”。
聚酰亚胺的形态
聚酰亚胺产品形态多样，应用领域广泛。聚酰亚胺是一种多功能材料，其形态多样，包括薄膜、浆料、泡沫、复合材料和纤维等。这些产品被广泛应用于各个高端领域，如航空航天、电子工业、液晶显示、汽车、医疗设备、核能、卫星技术、核潜艇制造、微电子、纳米技术和柔性显示技术等。并且聚酰亚胺的多种形态，如 泡沫、薄膜、纤维和复合材料，各有其特定的应用方向。
聚酰亚胺的特点
PI 薄膜是柔性显示基板核心材料。PI薄膜是聚酰亚胺前体经铸膜且在高温下环化成聚酰亚胺薄膜最后剥离而成，通常呈黄褐色，因其继承了PI的优越性能被誉为 “黄金薄膜”。从下游应用来看，国内PI薄膜应用需求以电子、电机&发动机领域为 主，占据95%的市场需求份额，而在电子领域，又以柔性线路板FPC及柔性显示应用为主。在柔性显示领域中，PI薄膜常被用于柔性OLED屏幕的基板，提供支持同时保证屏幕弯曲而不破裂。随着OLED显示技术由刚性向柔性发展，该领域的PI薄 膜需求有望进一步提升。
PI薄膜为PI主要产品形态，通常呈黄褐色
光敏聚酰亚胺光刻胶是一种复合材料，包含溶剂、PSPI树脂（可光敏或非光敏）、光引发剂、添加剂，故其光敏性可能源自PSPI树脂本身或与其混合的添加剂。各成分分开来看，PSPI使用的树脂可以是聚酰亚胺或其前体如聚酰胺酸（PAA），其使用的催化剂一般包括光敏剂、增感剂、光活性催化剂及其他催化剂。
类似于传统光刻胶，光敏聚酰亚胺可分为正性和负性两种类型。正性PSPI在紫外光照射后可溶解于显影剂，而负性PSPI在光照后交联变得不溶。正性PSPI相较于负性PSPI在光刻时容易去除曝光区域，减少污染引起的错误，并提供高分辨率的 图案，是未来PSPI的发展趋势。根据感光原理以及合成工艺不同，可将正负性PSPI 进一步细分为若干类型，其各自特点如下表所示
聚酰亚胺的应用领域
PSPI 主要应用领域包括集成电路、微机电系统以及 OLED 显示三大领域。在集成电路中，PSPI通常作为缓冲层、钝化层或用于多层互连结构的平坦化层，其主要功能是保护集成电路的特定区域不受外力影响。同时，伴随光刻技术的发展和芯 片布线及封装技术的创新，现代封装技术要求单个半导体芯片能够连接至其他芯片的输入输出通路，这就需要在封装阶段进行精密的再布线（RDL）工作。在这些金 属导线与芯片单元之间，PSPI被视作最常用的绝缘介质材料，不仅为封装提供必要的电气、机械和热性能，还能实现高分辨率的图案化，是RDL过程中的关键材料。
PSPI在集成电路领域中被用作缓冲涂层、钝化层等
在平面显示领域，AMOLED 显示技术主要使用低温多晶硅薄膜晶体管（TFT）作为其驱动电路的核心。而在这一过程中，PSPI不仅用作TFT的表面平整化和支撑层，而且还充当像素定义层（PDL），负责精确划分像素单元。OLED显示的每个子 像素都由 PDL 划分，并组成像素阵列，这种结构通过精细的光刻技术来构建。在OLED的发光层沉积前，PSPI作为PDL被用于图案化过程，以确保像素的精准形成。
在MEMS微机电系统领域，已成为MEMS制造过程中用于层间和金属线间绝缘理想的介电绝缘材料，同时也可作为MEMS系统组件的结构材料。此外，PSPI 的图案化技术已能辅助二维MoS2的图案化，这一新方法已开始取代传统的化学气相沉积MoS2光刻技术。
TFE-INK：OLED封装中制备有机薄膜的关键原材料
OLED作为新一代显示技术，相较于LCD具备更高的对比度、更省电且结构简单，无需背光源，更薄且适用于柔性显示，广泛应用于平面显示、电视、智能可穿戴设备、虚拟现实（VR）等领域。然而，由于OLED易与空气中的水、氧发生化学反应，影响性能和寿命，因此必须进行封装处理。目前，封装技术主要分为硬屏封装和柔性薄膜封装（TFE）两大体系。硬屏封装采用传统的玻璃封装，虽然具备良好的水氧阻隔能力，但在轻薄和柔性器件中应用 受限。相较之下，TFE技术通过无机膜与有机膜交叠，结合阻隔膜，使器件更轻薄，不需要刚性的玻璃盖板，实现OLED的柔性功能，已成为当前的发展趋势。
传统封装与薄膜封装存在较大差异
TFE 封装技术通过在器件表面制备致密薄膜来阻隔水氧，最初这种技术主要使 用单层无机薄膜或纯有机聚合物薄膜。无机薄膜尽管具有良好的水氧阻隔性，但其脆性导致弯曲时易开裂。而有机薄膜虽较柔韧，但水氧渗透率高，阻隔性能不如无机薄膜。TFE 技术的发展趋势是将无机薄膜与有机薄膜结合，即通过将无机层之间插入的有机层来填补单一薄膜的缺陷，从而提高整体的水氧阻隔性能。目前，多层 薄膜封装的主流结构有Barix技术、三星改进混合式封装技术及应用材料公司多层薄膜封装技术，分别对应下图中（a）、（b）、（c）
喷墨打印技术被广泛应用于TFT制备工艺中。目前TFE的制备工艺主要有Vitex 真空聚合物技术、喷墨打印技术（有机层）、溅射（无机层）、等离子增强化学气相沉积（PECVD）、原子层沉积（ALD）等，其中喷墨打印技术得益于其成本低廉以及应用材料广泛被认为是最具前景的制膜技术之一。喷墨打印技术主要分为四个阶段，分别是液滴形成、液滴沉积、液滴铺展、固化，对应下图中（a）（ b）（ c）（ d）四部 分。该技术所需液滴（墨水）即为TFE-INK，且制备薄膜最终的铺展形态与INK的物性紧密相关，故TFE-INK可以被视为OLED封装中的关键原材料。
TFE过程主要分为四个阶段