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聚酰亞胺材料的應用

點擊次數:792    發布日期:2022-03-30   本文鏈接:http://www.miribilla.net/datum/962.html

聚酰亞胺因為其優異的綜合性能決定了它在各個領域的廣泛應用,可作為涂層材料應用于漆包線和航空航天領域中的絕緣涂層或者耐熱涂層,聚酰亞胺纖維因為具有高的彈性模量和耐熱性可制作成沖鋒衣用于消防領域,聚酰亞胺泡沫還可以用于船舶或者飛機的隔音隔熱材料,不僅如此聚酰亞胺也可作為分離膜使用等。而聚酰亞胺在微電子領域的應用主要包括以下幾個方面:

(1)應力緩沖層、鈍化層及層間絕緣材料:聚酰亞胺作為應力緩沖層、芯片鈍化層和層間絕緣材料廣泛應用在微電子領域中。作為應力緩沖層,聚酰亞胺薄膜可以吸收因為塑封料、硅片以及引腳框架熱膨脹系數不同產生的熱應力,因為PI具有較低模量,將其插入芯片與塑封料的界面上可以有效防止崩裂現象。作為芯片鈍化層,聚酰亞胺薄膜具有低的吸濕性和抗化學腐蝕等性能可以有效為元器件阻擋水汽,阻滯電子遷移,使元器件具有很低的漏電流并且防止元器件腐蝕;并且PI具有良好的機械性能,可以為元器件提供較強的機械支撐。作為層間絕緣材料,聚酰亞胺在5G高頻高速電路中發揮重要作用。因為聚酰亞胺薄膜較無機材料具有更低的介電常數,普通PI在3.5左右,經改性后可以降低到3.0以下,可以有效降低信號干擾,減少信號延遲現象,提高信號傳輸的速度和準確性。

聚酰亞胺薄膜    

(2)光敏性聚酰亞胺(Photosensitive polyimide, PSPI):隨著集成電路趨向小型化,多功能化發展,電子封裝技術也在不斷革新,向著高密度,低厚度方向發展。由于晶圓級封裝技術能力大幅度提升,芯片封裝的互聯形式也由引線鍵合、倒裝芯片拓展到硅通孔TSV和再布線層,而再布線層的層間絕緣材料就是聚酰亞胺薄膜。在傳統的布線工藝中,通常是光刻膠搭配聚酰亞胺一起實現電路的圖案化。其具體步驟如下所示:**,將聚酰亞胺前驅體聚酰亞胺酸PAA涂覆在基板上;第二,軟烘去除溶劑成膜提高與襯底的粘附力;第三,將光刻膠涂覆在PAA膜表面,進行曝光、顯影、刻蝕,沖洗得到光刻圖案;然后利用化學試劑將光刻膠去除;*后聚酰胺酸經過固化得到聚酰亞胺。因為在晶圓級封裝中會頻繁使用光刻工藝得到再分布層,如果使用上述傳統布線工藝會過于繁瑣,周期長且重復性差。將光敏性聚酰亞胺用于光刻可以減少很多步驟并且重復性高,得到的光刻圖形分辨率也很好。一般光敏聚酰亞胺可分為正性PSPI和負性PSPI。正性PSPI是光照后曝光部分會發生降解,未曝光部分不保留下來,使得*終的光刻圖形與掩模板圖形一致;而負性PSPI與之相反,曝光部分發生交聯,未曝光部分顯影時被溶解掉,*終得到的圖案與掩模板剛好相反??筛鶕嶋H情況選擇合適的光敏性聚酰亞胺??傊?,光敏型聚酰亞胺是重要的晶圓級封裝材料,同時也面臨著更多的挑戰。

(3)柔性電路板(Flexible Printed Circuit;FPC)又稱軟性電路板或撓性電路板,它是由聚酰亞胺或者聚酯類薄膜為基材制備成的一種具有優異可撓性和高度可靠性的印刷電路板,它具有許多硬性印刷電路板不具備的優點:**,它的可彎折性很好,可以按照布局要求在三維空間上進行很大程度上的彎折、卷曲和移動伸縮,可以使元器件裝配和導線互聯一體化;第二,隨著便攜式設備和可穿戴設備的快速發展,FPC 更容易滿足其需求,使電子產品朝著小型化、高可靠性和高密度方向發展;第三,FPC 還具有良好的散熱性和可焊接性,易于裝配互連,大大降低其成本。使FPC 以上優點實現的重要組成部分就是柔性基板,而聚酰亞胺由于自身的優良熱性能、力學機械性能械性能和電性能提高了柔性電路的可靠性,成為FPC 常用的基質材料。隨著可折疊手機等新型電子產品的問世對高品質FPC 的需求越來越大,同時也對作為基質材料的聚酰亞胺提出了更高的要求,如透光性。由此可見聚酰亞胺在FPC 領域有很好的應用前景。

(4)α 粒子的遮擋材料:在航空航天和一些軍用設備中,經常會遭受一些輻射從而導致集成電路性能發生劣化或者失效。其輻射來源主要是一些核輻射、空間輻射射線和構成大型集成電路的材料中,特別是封裝材料,殘留的放射性物質,例如釷,鈾等。這些放射性物質會在衰變過程中放射α 粒子,它是一種高能帶電粒子。它可以達到硅晶圓表面甚至穿過硅芯片到達其內部,使硅芯片內部產生很多電子-空穴缺陷,導致動態存儲器內部發生電位變化誘發軟性錯誤,*終影響集成電路的可靠性,使器件乃至整個設備失控。針對此類問題人們采取了多種措施,例如使用含有低含量輻射物質的封裝材料,但是該方法實現較為困難。因此其中*有效的方法是采用可以吸收α 粒子的材料涂覆在IC 芯片的活性表面,防止芯片受到α 粒子的干擾。聚酰亞胺薄膜因為其結構特點而具有有效屏蔽α 粒子的作用,成為芯片α 粒子保護層。

(5)TAB 中的載帶:TAB(Tape Automated Bonding)技術又稱載帶自動焊,它是芯片引腳框架的一種互連工藝,先將有機薄膜上做好做好元件引腳的導體圖樣,然后將晶片按其鍵合區對應放在上面,之后通過熱電極一次操作將引線進行批量鍵合,立即封裝。該技術可以通過TAB 自動貼片機完全實現自動化,每分鐘高達數百片,使鍵合效率大大提高;而且對比于引線鍵合,它單位面積上的引線數更多,具有更高的鍵合強度,封裝高度較小。聚合物薄膜基帶是TAB 重要的的組成部分。其常用材料有聚乙烯對苯二甲酸脂(PET)薄膜、苯丙環丁稀(BCB)薄膜和聚酰亞胺薄膜。但相比于其他兩種,聚酰亞胺因為具有優異的耐高溫性、尺寸穩定性、化學穩定性和較高的機械強度等綜合性能,在該技術中使用*為廣泛。

(6)聚酰亞胺有機光波導材料:有機聚合物光波導在光通訊領域有著廣泛的應用。目前光通訊聚合物光波導材料主要有氟代和氘代聚甲基丙烯酸酯以及氟代聚酰亞胺。雖然氟代和氘代聚甲基丙烯酸酯具有較好的透光性,但由于它的玻璃化轉變溫度較低,具有嚴格的加工使用溫度,從而限制了它的應用。而聚酰亞胺具有高的玻璃化轉變溫度、優異的耐高溫性、低的介電常數和介電損耗、低的吸濕性等成為近幾年的研究熱點。因為普通聚酰亞胺透明性較差,所以用于光波導器件的聚合物材料主要是是含氟類聚酰亞胺,不僅保持了良好耐熱性還提高了聚酰亞胺的透明性。但在該方向的應用還存在問題,需進一步探索。

除此之外,聚酰亞胺的應用還擴展到了傳感器領域,比如與石墨烯結合制備的應力應變傳感器,對石墨烯基傳感器可以起到機械強化,提高靈敏度的作用。



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