高性能聚酰亞胺薄膜產(chǎn)業(yè)展望①

劉賀 付高輝 楊繼明

(中天電子材料有限公司 江蘇南通 226000)

聚酰亞胺（Polyimide，PI），作為綜合性能最佳的高分子材料之一，具有優(yōu)異的機械強度、熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性和電絕緣性等性能。PI可以薄膜、纖維、泡沫等多種形式加工成型，在眾多高新技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其中，PI薄膜是聚酰亞胺材料中應(yīng)用面最廣、用量最大的品種，在微電子封裝、柔性顯示、航空航天等領(lǐng)域，具有不可替代的作用。高性能PI薄膜與碳纖維、芳綸纖維一起，被認(rèn)為是目前制約我國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大關(guān)鍵高分子材料，因此，高性能PI薄膜不但具有巨大的商業(yè)價值，更具有重要的戰(zhàn)略意義。

據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計，2018年我國高性能PI薄膜的年需求量超過6000t，銷售額超過100億元，其中美日韓等國外公司壟斷著近九成的市場份額。近年來，我國在通用型PI薄膜產(chǎn)業(yè)化方面取得了長足進步，但在高性能PI薄膜國產(chǎn)化方面仍處于較低水平，與西方發(fā)達(dá)國家相比還存在明顯差距。隨著我國高性能PI薄膜的市場需求量越來越大，實現(xiàn)高性能PI薄膜的國產(chǎn)化成為一個亟待解決的問題。

目前，高性能PI薄膜的制造技術(shù)主要掌握在西方少數(shù)發(fā)達(dá)國家手中。其中，美國杜邦公司（Dupont）是PI薄膜最早的生產(chǎn)廠家，該公司在特異性PI薄膜如耐電暈PI膜、COF用PI膜、高導(dǎo)熱PI膜等領(lǐng)域具有很強的競爭力。20世紀(jì)90年代初日本宇部興產(chǎn)公司(Ube)以聯(lián)苯酐代替均酐作為芳香族二酐單體，向市場推出了Upilex型PI薄膜，打破了杜邦公司的市場壟斷，該薄膜以高強度、低熱膨脹系數(shù)、高耐熱性著稱，在特定領(lǐng)域占有重要的市場地位。隨后，日本鐘淵化學(xué)工業(yè)公司(Kaneka)向市場推出了Apical系列PI薄膜，主要包括Apical NPI、AH、HP等系列產(chǎn)品。韓國SKCKolon公司和我國臺灣地區(qū)的達(dá)邁（Taimide）公司近年來也成為PI薄膜產(chǎn)業(yè)的新興力量，產(chǎn)品主要用在電子信息領(lǐng)域。

近年來，由于高性能PI薄膜的產(chǎn)品附加值高，且具有重要的戰(zhàn)略意義，受到了國家眾多產(chǎn)業(yè)政策的扶持，越來越多的企業(yè)對高性能PI薄膜也表現(xiàn)出了濃厚的投資興趣，一般來說，高性能PI薄膜的應(yīng)用領(lǐng)域如下。

1 微電子封裝

自20世紀(jì)90年代以來，高性能PI薄膜逐漸成為微電子封裝的關(guān)鍵性材料，已廣泛應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路、TAB載帶、柔性封裝基板等方面。例如，使用PI薄膜制備的柔性封裝基板可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬銅引線架構(gòu)，直接附載IC芯片，成為筆記本電腦、手機等便攜式電子產(chǎn)品的主流封裝技術(shù)；以PI為基膜的TAB載帶則成為微電子產(chǎn)品卷對卷（Roll to Roll）生產(chǎn)線的支撐技術(shù)。微電子封裝領(lǐng)域?qū)I薄膜的模量、熱膨脹系數(shù)（CTE）和尺寸變化率要求較高，國內(nèi)企業(yè)尚未涉足。隨著手機全面屏的普及，對柔性封裝用高性能PI薄膜的需求將會越來越大。

2 航空航天

高性能PI薄膜在航空航天領(lǐng)域中具有重要的戰(zhàn)略作用，例如，在PI薄膜表面貼附太陽能電池形成衛(wèi)星用矩陣式電池陣列；在PI薄膜表面蒸鍍金屬層用于制作航天器的多層絕熱保護毯；PI薄膜還可用于深空探測飛行器的太陽帆。該領(lǐng)域涉及軍事用途，國外對我國實施嚴(yán)格技術(shù)封鎖，尤其在中美貿(mào)易戰(zhàn)的背景下，對該類PI薄膜的研發(fā)更是迫在眉睫。

3 5G通信

5G通信，通訊信號將以更高的頻率傳輸，傳統(tǒng)柔性線路板的PI基膜因介電數(shù)值較高，信號在其上傳輸時會產(chǎn)生嚴(yán)重的遲滯和損耗，因此，常規(guī)PI薄膜已無法適應(yīng)高頻高速傳輸要求。目前，國外廠商陸續(xù)布局用于5G通信的改性PI薄膜（Modified PI，MPI）的研發(fā)，隨著5G技術(shù)的鋪開，對MPI薄膜的需求也將會迎來爆發(fā)式的增長。

4 柔性顯示

近年來，發(fā)展柔性可卷曲、甚至可折疊的手機、車載屏幕成為顯示行業(yè)的一個熱點。無色透明PI薄膜及漿料是柔性顯示屏幕的重要基材之一，美國、日本和韓國等西方工業(yè)國家投入巨資爭奪該領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先地位。三星、LG等跨國公司已在柔性顯示制造技術(shù)方面取得突破性進展，多種型號的可折疊手機已陸續(xù)上市，未來，用于柔性顯示的無色透明PI薄膜將成為高性能PI薄膜市場新的增長極。

目前，我國通用型PI薄膜產(chǎn)業(yè)化取得了顯著進步，以深圳瑞華泰公司等為代表的多家國內(nèi)企業(yè)掌握了采用熱亞胺化方法連續(xù)制造PI薄膜的生產(chǎn)技術(shù)，基本滿足低端PI薄膜的使用需求，但在高性能PI薄膜領(lǐng)域，我國與世界先進水平還存在很大差距。國外高性能PI薄膜主要采用化學(xué)亞胺化方法生產(chǎn)，與熱亞胺化方法相比，前者制備的PI薄膜的亞胺化率更高，烘焙過程對薄膜的破壞更小，車速更快，薄膜性能也更穩(wěn)定。但是，國外對化學(xué)亞胺化技術(shù)長期封鎖，且高性能PI薄膜產(chǎn)業(yè)自身也具有極高的技術(shù)難度，這些原因造成我國在該領(lǐng)域長期停滯不前。因此，只有我們迎難而上，潛心研發(fā)，配合國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策的支持，結(jié)合各方資源，才能實現(xiàn)我國高性能PI薄膜產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，解決這一長期制約我國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“卡脖子”難題。