武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院電信學(xué)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(tuán)的芳雜環(huán)高分子化合物，具有良好的電學(xué)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(dǎo)體表面鈍化等方面，是較好的薄膜類(lèi)絕緣材料。尤其是建立在普通P I薄膜基礎(chǔ)上的感光聚酰亞胺薄膜，同時(shí)具備了耐熱性和感光性，使得曾經(jīng)復(fù)雜的薄膜表面微圖刻蝕工藝變得簡(jiǎn)單易操作，半導(dǎo)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(diǎn)，可以在 2 60 ℃ - 2 80℃ 的高溫范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間使用，也可以在 4 00 ℃高溫下短時(shí)間使用，是做好的耐高溫電氣類(lèi)絕緣產(chǎn)品。P I薄膜的這些特點(diǎn)主要是因?yàn)榫埘啺繁旧硎撬芯酆衔镏芯邆渥罡邿岱€(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(yīng)藥品(最佳配比 1:020.1015.1 - )，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下(如圖1)，反應(yīng)開(kāi)始后控制在20°C左右，開(kāi)環(huán)縮聚，將PAA脫水即可形成P I。

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

（2）耐化學(xué)藥品性。由于 PI材料大多不溶于有機(jī)溶劑，被增強(qiáng)過(guò)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(jí)的劑量輻射后，其強(qiáng)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(nèi)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(qiáng)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(duì)苯二胺合成的 PI，分解溫度可以達(dá)到 6 00 ℃，短時(shí)間高溫下各項(xiàng)物理性質(zhì)維持不變。正是因?yàn)?PI良好的熱性能，它被制成聚酰亞胺樹(shù)脂，包括熱固性樹(shù)脂和熱塑性樹(shù)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(dòng)性的 PI樹(shù)脂。 PI樹(shù)脂優(yōu)點(diǎn)很多，例如強(qiáng)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(lǐng)域以及微電子的精密加工行業(yè)廣泛應(yīng)用。

上述性能在較寬的頻率范圍內(nèi)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(xué)上的多樣性，可廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。

圖1 聚酰胺酸環(huán)化（PAA）

2.應(yīng)用

工業(yè)生產(chǎn)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(lèi)。 PI薄膜素來(lái)有“黃金薄膜”之稱(chēng)，上述 PI優(yōu)異的性能使其廣泛用于空間技術(shù)、柔性印刷線路板、PTC電熱膜、計(jì)算機(jī)、變壓器、汽車(chē)電子、交通運(yùn)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(jī)材料為襯底制成的透明導(dǎo)電薄膜。此有機(jī)材料必須有90%以上的透光率，有一定的耐溫性(至少耐溫點(diǎn)達(dá)到 12 0 ℃)，放氣率低、張力強(qiáng)度好，最重要的是要和薄膜有很好的結(jié)合力。一般常用的材料有聚乙烯對(duì)苯二甲酯(PET)、聚酰亞胺( PI)。這兩類(lèi)材料都可以耐溫達(dá)到200 ℃ 以上，高溫時(shí)性質(zhì)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(wú)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(diǎn)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(jì)算機(jī)帶、電影膠片、X光片等傳統(tǒng)領(lǐng)域外，后被普遍用來(lái)作為磁控濺射制備汽車(chē)貼膜、透明導(dǎo)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(shí)，PET襯底薄膜雖然具備很大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，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(xué)性能和電學(xué)性能。其薄膜表面非常光滑，沒(méi)有氣泡、針孔和導(dǎo)電雜質(zhì)；耐溫點(diǎn)可達(dá)到250 ℃ 且可長(zhǎng)期使用。在 PI襯底上用射頻磁控濺射法制備柔性ITO薄膜時(shí)，射頻功率、氧氣濃度和襯底溫度等參數(shù)雖會(huì)對(duì)薄膜性能產(chǎn)生一些影響，但以 PI為有機(jī)材料作柔性基底薄膜比以硬質(zhì)材料為基底的薄膜應(yīng)用更廣泛，例如高性能汽車(chē)貼膜、觸摸屏、等離子電視等方面。

目前，電子市場(chǎng)上PI薄膜產(chǎn)品種類(lèi)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(jìn)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(jié)性，需要在 3 00 ℃進(jìn)行熱結(jié)合粘結(jié)，除了具有CN型薄膜耐高溫、高強(qiáng)度等特性之外，還具有超強(qiáng)的防潮濕、防腐蝕性能和熱封性。主要應(yīng)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(lèi)似，顏色為黑色，厚度規(guī)格有25mμ、38mμ、50mμ、75mμ。 主要應(yīng)用在揚(yáng)聲器振動(dòng)膜、止推墊圈、機(jī)械墊片等。如圖3。

（3）HT型聚酰亞胺薄膜是導(dǎo)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(zhì)輕柔軟耐折、使用壽命長(zhǎng)，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(hù)元件，同時(shí)還具有省電特性，比一般電阻絲省電30%。主要應(yīng)用在加熱器、自動(dòng)加熱裝置、健康保護(hù)、農(nóng)業(yè)設(shè)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(jié)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(jī)材料做襯底的柔性基底薄膜。電子級(jí) PI膜隨著軟性銅箔基材的發(fā)展而衍生出來(lái)，是 PI膜最大應(yīng)用領(lǐng)域，而電工級(jí)P I膜已經(jīng)能和國(guó)外一樣大規(guī)模生產(chǎn)。由于對(duì)電子級(jí)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(guān)鍵技術(shù)依舊被韓國(guó)等幾個(gè)國(guó)家掌握，故其成本依舊會(huì)在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)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。

[1]虞鑫海,胡志強(qiáng).2,2-雙[4-(3-氨基苯氧基)苯基]丙烷制備及其可溶性聚酰亞胺的研究[J].絕緣材料,2001(06).

[2]陳鑫,陳武榮.雙酚A型二醚二酐的合成及其表征[J].絕緣材料,200(6).

[1]黃健,黃培,時(shí)鈞.一種均苯型可溶性聚酰亞胺的研究[J].化工新型材料,2002(05).

[1]王婧.苑會(huì)林聚乙烯醇薄膜的生產(chǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J],塑料,2005(02).

[1]王之江,顧培森.實(shí)用光學(xué)技術(shù)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007,1.

[1]D.F.霍恩.光學(xué)生產(chǎn)工藝[M].北京:科學(xué)出版社,1984,5.[1]玉井正司,川島三郎,太田正傅,及川英明,大越浩次,山口彰宏.日本特許第2,537,188號(hào).三井化學(xué),1996.