先進封裝材料｜光敏聚酰亞胺（PSPI）：傲立金字塔頂端的高分子材料

日期：2025-09-11 01:30

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摘要：先進封裝材料｜光敏聚酰亞胺（PSPI）：傲立金字塔頂端的高分子材料

先進封裝材料｜光敏聚酰亞胺（PSPI）：傲立金字塔頂端的高分子材料

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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產光學儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學鍍膜產品的開發(fā)和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。

光敏聚酰亞胺（Photosensitive Polyimide，PSPI）是一種具有光敏性和耐熱性雙重功能的聚酰亞胺溶液，屬于**聚酰亞胺，是一種在高分子鏈上兼有亞胺環(huán)以及光敏基因的有機材料，在暴露于光或紫外線時會硬化并聚合。

PSPI結合了聚酰亞胺（Polyimide, PI)的優(yōu)良物理和化學特性，以及光敏材料的特性。PSPI類似于光刻膠，在紫外光、α射線、X射線等的輻射下，被照射部分的結構會發(fā)生變化，能夠溶解在相應溶劑中，可以用于制作精密的圖案。由于傳統(tǒng)的聚酰亞胺（PI）不具備光敏性，如果有圖形化需求，需要與光刻膠配合使用基本的方法是在PI膜上涂上一層光刻膠，刻出光刻膠圖形，然后用光刻膠圖形制造光刻掩蔽層，接著刻蝕下層的PI膜，移除光刻膠后，PI膜上即可留下光刻膠圖形。以PSPI為基質配制成的光刻膠可直接光刻成型。同樣作為介電材料，PSPI大大簡化了集成電路的制造工藝，并提供了光刻膠圖形的精度。

PSPI圖案加工工藝相較PI更加簡單，圖源：網絡

PSPI具有感光性佳、熱穩(wěn)定性好、機械性能好等特點，其應用領域廣泛。包括航空航天、微電子、OLED顯示等。在航空航天領域，PSPI可用作飛機隔熱材料及絕緣材料；在微電子領域，PSPI可用作電子封裝膠；在OLED顯示領域，PSPI可用作OLED顯示用光刻膠，能有效減小OLED顯示器件的色差并提升其層間絕緣性。

PSPI的工藝流程圖：PSPI的加工通常涉及涂覆、曝光、顯影和固化等步驟。這種加工流程相較于傳統(tǒng)的非光敏聚酰亞胺材料更為簡便，能夠在無需復雜光刻設備的情況下，實現精細圖案的快速制造。圖源：Toray

一、PSPI的分類

類似于傳統(tǒng)光刻膠，光敏聚酰亞胺（PSPI）可分為正性(p-PSPI)和負性（n-PSPI)兩種類型。正性PSPI在紫外光照射后可溶解于顯影劑，而負性PSPI在光照后交聯變得不溶。正性PSPI相較于負性PSPI在光刻時容易去除曝光區(qū)域，減少污染引起的錯誤，并提供高分辨率的圖案，是未來PSPI的發(fā)展趨勢。

正性PSPI在紫外光照射后可溶解于顯影劑，而負性PSPI在光照后交聯變得不溶。正性PSPI相較于負性PSPI在光刻時容易去除曝光區(qū)域，減少污染引起的錯誤，并提供高分辨率的圖案，是未來PSPI的發(fā)展趨勢。根據感光原理以及合成工藝不同，可將正負性PSPI進一步細分為若干類型。

負性PSPI根據結構特點及合成工藝的不同可分為：酯型 PSPI、離子型PSPI、自增感型PSPI。

正性PSPI的研究相對于負性PSPI較晚，但是正性PSPI在光刻精度和環(huán)境友好性等方面均有更好的優(yōu)良性能，目前種類有：含鄰硝基芐酯型PSPI、含鄰疊氮萘醌的PSPI。

近年來國內外有關光敏聚酞亞胺的研究逐漸增多，目前的研究熱點有:

（1）可溶性PSPI的研究：通過在PSPI的分子鏈中引入柔性基團，如醚鍵，或引入大的側基，如含氟取代基、硅氧烷取代基，或采用非共平面結構的二胺或二醉單體，或通過共聚破壞分子鏈的對稱性和規(guī)整度都可以增加PSPI在有機溶劑中的溶解性能。

（2）功能性PSPI的研究：通過在PSPI的分子結構中引入某些特殊的基團可制備出具有低膨脹系數、低吸濕率、高透明的PSPI材料。目前有機硅改性和含氟 PSPI具有較好的粘附性和柔韌性，較低的吸濕率、介電常數小等優(yōu)點，但由于含氟型樹脂價格昂貴而限制了它的應用。與此同時，有機硅改性和含氟的PSPI 其耐熱性能較非改性的PSPI不同程度的有所下降。

二、PSPI細分應用

PSPI在電子領域主要有光刻膠及電子封裝兩大作用。PSPI光刻膠與普通光刻膠之間*顯著區(qū)別是，PSPI光刻膠既起到光刻作用同時起到介電作用：PSPI光刻膠在光刻形成圖案后，留存在特定區(qū)域形成器件所需的介電絕緣層，而普通光刻膠在將其圖案轉移到底層材料后將被去除，因此PSPI光刻膠能夠省去涂覆光阻隔劑的工序。

OLED顯示：PSPI主要用于頂發(fā)射AMOLED產線中，可以作為平坦層（Planarization，PLN）、像素界定層（Pixel Defining Layer，PDL）和隔離柱（Spacer）等使用。
集成電路：PSPI通常作為緩沖層、鈍化層或用于多層互連結構的平坦化層，其主要功能是保護集成電路的特定區(qū)域不受外力影響。
多芯片封裝：伴隨光刻技術的發(fā)展和芯片布線及封裝技術的**，現代封裝技術要求單個半導體芯片能夠連接至其他芯片的輸入輸出通路，這就需要在封裝階段進行精密的再布線(RDL)工作。在這些金屬導線與芯片單元之間，PSPI被視作*常用的絕緣介質材料，不僅為封裝提供必要的電氣、機械和熱性能，還能實現高分辨率的圖案化，是RDL過程中的關鍵材料。因此特性，PSPI光刻膠在先進封裝工藝中普遍應用，是一種核心耗材，有望充分受益于先進封裝行業(yè)的發(fā)展。
微機電系統(tǒng)（MEMS）：PSPI已經成為微機電系統(tǒng)制造中理想的層間和金屬線間的介電絕緣材料以及MEMS系統(tǒng)組件構筑的結構材料。
航空航天隔熱材料及絕緣材料。

PSPI應用示例，圖源：Toray

三、PSPI的市場規(guī)模

根據GlobaInfoResearch整理研究顯示：2023年，全球PSPI市場規(guī)模達到了5.28億美元，預計2029年將達到20.32億美元，年復合增長率(CAGR)為25.16%。

全球PSPI的核心廠商有Toray、Fujifilm Electronic Materials、HD Microsystems、Asahi Kasei和SK Materials等，前五大廠商占有全球大約95%的份額。日本是*大的市場，占有大約88%份額，之后是美國和韓國，分別占有5%和4%的市場份額。產品類型而言，正性PSPI是*大的細分，占有大約65%的份額，針對下游來講，顯示面板是*大的下游領域，占有90%份額。

國內針對PSPI材料的研究相比國外稍晚，前期很長一段時間主要以中國科學院和高校等科研機構開展的基礎研究為主。近年來，隨著光電技術的飛速發(fā)展，國內企業(yè)和科研機構先后針對顯示級封裝與晶圓級封裝兩大應用需求開展布局，在PSPI材料領域的**申請數量穩(wěn)步快速增長。根據中國電子材料行業(yè)協(xié)會數據，2021年中國集成電路晶圓制造用PSPI市場規(guī)模7.12億元，預計到2025年中國集成電路晶圓制造用PSPI市場規(guī)模將增長至9.67億元。

PSPI中國**的申請數量變化趨勢，圖源：《絕緣材料》-光敏聚酰亞胺中國**技術分析

目前，PSPI*大的用戶是英特爾。英特爾在制造中央處理器和圖形處理器晶圓時都要使用，而且僅使用PSPI來制造表面鈍化層。由于此類處理器都要采用倒裝芯片的封裝形式，因此英特爾使用PSPI作為介質來制造凸點或銅柱類的微細連接再布線層。

四、PSPI主要市場競爭格局分析

由于PSPI行業(yè)技術壁壘較高，目前日本和美國企業(yè)仍占據全球PSPI市場的主導地位。其中*為有名的是Toray、Fujifilm Electronic Materials、HD Microsystems（HDM）等公司。隨著中國集成電路、OLED面板等產業(yè)需求的進一步擴大，國內PSPI的市場規(guī)模也將持續(xù)擴增。國內方面，鼎龍股份、艾森股份已陸續(xù)實現PSPI的國產化突破，國產產品放量可期。

CoWoS先進封裝關鍵材料和供應商，圖源：SEMI VISION

以下為主要供應鏈分析（無先后順序）：

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