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：2025-09-18 15:43

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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

需要增透減反技術(shù)可以聯(lián)系我們上海工廠18917106313

上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)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(shù)背景依托中國科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。

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(jié)合了聚酰亞胺（Polyimide, PI)的優(yōu)良物理和化學(xué)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(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，能夠溶解在相應(yīng)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(zhì)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(wǎng)絡(luò)

PSPI具有感光性佳、熱穩(wěn)定性好、機械性能好等特點，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。包括航空航天、微電子、OLED顯示等。在航空航天領(lǐng)域，PSPI可用作飛機隔熱材料及絕緣材料；在微電子領(lǐng)域，PSPI可用作電子封裝膠；在OLED顯示領(lǐng)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(fù)雜光刻設(shè)備的情況下，實現(xiàn)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(lián)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(lián)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(jù)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(jù)結(jié)構(gòu)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(nèi)外有關(guān)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(cè)基，如含氟取代基、硅氧烷取代基，或采用非共平面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中引入某些特殊的基團可制備出具有低膨脹系數(shù)、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(shù)小等優(yōu)點，但由于含氟型樹脂價格昂貴而限制了它的應(yīng)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(yīng)用

PSPI在電子領(lǐng)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(zhuǎn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(shù)的發(fā)展和芯片布線及封裝技術(shù)的**，現(xiàn)代封裝技術(shù)要求單個半導(dǎo)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(dǎo)線與芯片單元之間，PSPI被視作*常用的絕緣介質(zhì)材料，不僅為封裝提供必要的電氣、機械和熱性能，還能實現(xiàn)高分辨率的圖案化，是RDL過程中的關(guān)鍵材料。因此特性，PSPI光刻膠在先進封裝工藝中普遍應(yīng)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(jīng)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(gòu)筑的結(jié)構(gòu)材料。
航空航天隔熱材料及絕緣材料。

PSPI應(yīng)用示例，圖源：Toray

三、PSPI的市場規(guī)模

根據(jù)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(yù)計2029年將達到20.32億美元，年復(fù)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(chǎn)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(lǐng)域，占有90%份額。

國內(nèi)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(xué)院和高校等科研機構(gòu)開展的基礎(chǔ)研究為主。近年來，隨著光電技術(shù)的飛速發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)和科研機構(gòu)先后針對顯示級封裝與晶圓級封裝兩大應(yīng)用需求開展布局，在PSPI材料領(lǐng)域的**申請數(shù)量穩(wěn)步快速增長。根據(jù)中國電子材料行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2021年中國集成電路晶圓制造用PSPI市場規(guī)模7.12億元，預(yù)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(shù)量變化趨勢，圖源：《絕緣材料》-光敏聚酰亞胺中國**技術(shù)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(zhì)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(shù)壁壘較高，目前日本和美國企業(yè)仍占據(jù)全球PSPI市場的主導(dǎo)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(chǎn)業(yè)需求的進一步擴大，國內(nèi)PSPI的市場規(guī)模也將持續(xù)擴增。國內(nèi)方面，鼎龍股份、艾森股份已陸續(xù)實現(xiàn)PSPI的國產(chǎn)化突破，國產(chǎn)產(chǎn)品放量可期。

CoWoS先進封裝關(guān)鍵材料和供應(yīng)商，圖源：SEMI VISION

以下為主要供應(yīng)鏈分析（無先后順序）：

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