聚酰亚胺薄膜（Polyimide Film，PIF），简称PI膜，具有优异的耐辐照、耐腐蚀、耐高低温性能、化学稳定性以及力学性能、介电性能，与碳纤维、芳纶纤维并称为制约我国发展高技术产业的三大“卡脖子”高分子材料。根据用途，PI薄膜可分为以耐热、绝缘为目的的电工级PI薄膜和附有低膨胀系数、高挠性等要求的电子级PI薄膜。电子PI薄膜作为挠性覆铜板（FCCL）、封装基板（COF）等的核心原材料，是当前PI市场最大且最快的应用领域。

电子级聚酰亚胺薄膜的应用

1.PI膜用于挠性覆铜板

挠性印制电路板（FPC）是一种以挠性覆铜板（FCCL）为基材制成的一种具有可挠性的印刷电路板，本身是PCB的一种，又被称为“软板”。采用的柔性基材使其具有配线密度高、重量轻、厚度薄、可弯曲、灵活度高等优点，能承受数百万次的动态弯曲而不损坏导线，依照空间布局要求任意移动和伸缩，实现三维组装，达到元器件装配和导线连接一体化的效果，具有其他类型电路板无法比拟的优势，广泛应用在手机、笔记本电脑、导航设备、航空航天设备等电子产品中。其中，挠性覆铜板（FCCL）占整个原材料的40%，而PI薄膜可制成挠性覆铜板（FCCL）基板和覆盖膜，实现FPC的可挠性。

挠性电路板

FCCL使用的PI基膜和覆盖膜不仅要求具有良好耐热性能和机械性能，还必须具备优异的挠曲性、尺寸稳定性和介电绝缘性能。

（1）高尺寸稳定性的PI膜

FCCL领域中利用低热膨胀系数（CTE）来描述PI薄膜的高尺寸稳定性。FCCL的低膨胀系数要求PI薄膜的CTE尽量与铜接近，即聚酰亚胺薄膜的热膨胀系数在15~18 ppm/℃范围内，可减少两者之间因CTE差别较大而引起的界面应力。目前，降低PI薄膜CTE的主要方法是采用分子结构设计以及成膜工艺的改进。

芳香族聚酰亚胺在设计分子结构时引入氢键、刚性的平面结构单元，在亚胺化时聚合物分子链会形成紧密的堆积，面内形成高度取向的有序排列，因此PI薄膜CTE明显降低，但是如果PI分子结构引入刚性基团致使聚合物刚性太强，分子链过分僵硬，分子链之间不会卷曲纠缠，则固化后PI膜韧性太低、太脆而没有应用价值。

除了从分子结构层面设计以达到降低 CTE 的目的外，也可通过聚酰亚胺成膜工艺的改进和创新实现这一目的。影响聚酰亚胺聚集态结构和热膨胀系数的因素，包括所用溶剂、涂膜方式、凝胶化过程、酰亚胺化方法和过程、牵伸条件以及退火条件等。可通过双向拉伸工艺和牵伸比TD/MD的合理控制实现PI薄膜的低 CTE和各向同性。而聚酰胺酸凝胶膜的可牵伸性取决于溶剂含量，只有当溶剂含量在30%~50%之间，聚酰亚胺胶膜才可以在TD和MD方向均可以牵伸。

聚酰亚胺薄膜成膜工艺流程

（2）低介电损耗的PI膜

高分子电介质材料的介电常数（Dk）可由以下公式表示：

式中：P 为高分子中官能团的摩尔极化度 (cm³/mol)，V为高分子中官能团的摩尔体积 (cm³/mol)。可以看出，高分子材料的介电常数与P/V成正比，摩尔极化度P越小，或者是摩尔体积V越大，则高分子的Dk越小。

因此，设计高分子的结构时，可以从以下几点考虑：

（1）引入极化度低的官能团，如含氟集团（—F）、亚甲基（—CH₂—）、甲基（—CH₃）等；

（2）引入摩尔体积大的官能团，如苯基或芳香类官能团；

（3）避免引入P/V值高的官能团，如羟基、羧基等。

在亚胺化过程中，调整聚酰胺酸自支撑膜的升温程序以及拉伸条件等可以有效控制成膜平面取向系数 POC，从而实现PI薄膜的介电常数的调控。

2.PI膜用于OLED柔性显示

近几年，OLED柔性显示技术正向可折叠、可卷曲方向发展，而实现柔性化的关键材料是聚酰亚胺薄膜。柔性显示需要使用聚酰亚胺薄膜的单元包括：显示基板、显示封装基板、触屏基板，触屏盖板，显示屏盖板等。OLED显示使用的聚酰亚胺薄膜需兼有耐高温和无色透明等两方面的性能。

在柔性OLED器件的加工过程中，低温多晶硅薄膜晶体管（LTPS-TFT）的加工温度不低于450 ℃，因此，聚酰亚胺薄膜作为柔性基板也要求极高的耐热性能（T_g >450℃）。另外还要求聚酰亚胺薄膜在室温~400 ℃范围内具有超低热膨胀系数CTE<4 ppm/ ℃，以确保高温制程中的尺寸稳定性。

相较于FCCL中聚酰亚胺薄膜的低CTE，柔性显示基板要求更低。在结构设计上，柔性显示基板所用聚酰亚胺可采用刚性棒状、分子间氢键或化学交联基团等结构单元，以实现超高耐热、超低热膨胀系数。

另外，传统PI透明薄膜通常为黄色或棕色，为提高 PI 薄膜的透明度，可在设计 PI分子结构时引入大取代基、含氟基团或引入脂环结构二酐或二胺等，有效抑制 PI分子链中影响透光性物质的形成，进而得到无色透明的PI薄膜。

无色透明PI膜在柔性OLED中的应用

3.PI膜用于5G通信

目前，在微电子封装领域，聚酰亚胺（PI）薄膜因为其优异的综合性能被认为是理想的封装材料，特别是在柔性封装基板方面。随着电子器件的高速发展，集成化、微型化、轻薄化以及5G通信带来的高频化成为电子器件的发展新趋势，在电子器件中应用的聚酰亚胺绝缘薄膜因此面临着越来越高的导热要求。传统的聚酰亚胺薄膜导热系数在0.2 W/(m·K) 以下，无法满足电子器件的快速散热要求，近几年，国内外研究人员采用导热填料与聚酰亚胺树脂共混的方式来提高聚酰亚胺薄膜的导热性能。

添加具有良好的导热性和绝缘性陶瓷类填料是制备导热绝缘薄膜的首选方案，主要填料种类有氮化硼、氮化铝、氮化硅等。导热填料的尺寸大小、加入量以及填料与基体界面的相互作用对复合材料的导热系数有重要的影响。

柔性电子器件封装

参考来源：

1.电子级聚酰亚胺薄膜的市场现状和研究进展，潘丽、刘甜甜、武海涛、冯翀（橡塑技术与装备）；

2.高性能聚酰亚胺薄膜的市场需求与技术挑战，郭海泉（第十九届中国覆铜板技术研讨会论文集）；

3.导热聚酰亚胺绝缘薄膜材料的研究进展，高梦岩、王畅鸥、贾妍（绝缘材料）。

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