先进封装材料｜光敏聚酰亚胺（PSPI）：傲立金字塔顶端的高分子材料
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
光敏聚酰亚胺（Photosensitive Polyimide，PSPI）是一种具有光敏性和耐热性双重功能的聚酰亚胺溶液，属于**聚酰亚胺，是一种在高分子链上兼有亚胺环以及光敏基因的有机材料，在暴露于光或紫外线时会硬化并聚合。PSPI结合了聚酰亚胺（Polyimide, PI)的优良物理和化学特性，以及光敏材料的特性。PSPI类似于光刻胶，在紫外光、α射线、X射线等的辐射下，被照射部分的结构会发生变化，能够溶解在相应溶剂中，可以用于制作精密的图案。由于传统的聚酰亚胺（PI）不具备光敏性，如果有图形化需求，需要与光刻胶配合使用基本的方法是在PI膜上涂上一层光刻胶，刻出光刻胶图形，然后用光刻胶图形制造光刻掩蔽层，接着刻蚀下层的PI膜，移除光刻胶后，PI膜上即可留下光刻胶图形。以PSPI为基质配制成的光刻胶可直接光刻成型。同样作为介电材料，PSPI大大简化了集成电路的制造工艺，并提供了光刻胶图形的精度。
PSPI图案加工工艺相较PI更加简单，图源：网络
PSPI具有感光性佳、热稳定性好、机械性能好等特点，其应用领域广泛。包括航空航天、微电子、OLED显示等。在航空航天领域，PSPI可用作飞机隔热材料及绝缘材料；在微电子领域，PSPI可用作电子封装胶；在OLED显示领域，PSPI可用作OLED显示用光刻胶，能有效减小OLED显示器件的色差并提升其层间绝缘性。
PSPI的工艺流程图：PSPI的加工通常涉及涂覆、曝光、显影和固化等步骤。这种加工流程相较于传统的非光敏聚酰亚胺材料更为简便，能够在无需复杂光刻设备的情况下，实现精细图案的快速制造。图源：Toray
一、PSPI的分类
类似于传统光刻胶，光敏聚酰亚胺（PSPI）可分为正性(p-PSPI)和负性（n-PSPI)两种类型。正性PSPI在紫外光照射后可溶解于显影剂，而负性PSPI在光照后交联变得不溶。正性PSPI相较于负性PSPI在光刻时容易去除曝光区域，减少污染引起的错误，并提供高分辨率的图案，是未来PSPI的发展趋势。
正性PSPI在紫外光照射后可溶解于显影剂，而负性PSPI在光照后交联变得不溶。正性PSPI相较于负性PSPI在光刻时容易去除曝光区域，减少污染引起的错误，并提供高分辨率的图案，是未来PSPI的发展趋势。根据感光原理以及合成工艺不同，可将正负性PSPI进一步细分为若干类型。
负性PSPI根据结构特点及合成工艺的不同可分为：酯型 PSPI、离子型PSPI、自增感型PSPI。
正性PSPI的研究相对于负性PSPI较晚，但是正性PSPI在光刻精度和环境友好性等方面均有更好的优良性能，目前种类有：含邻硝基苄酯型PSPI、含邻叠氮萘醌的PSPI。
近年来国内外有关光敏聚酞亚胺的研究逐渐增多，目前的研究热点有:
（1）可溶性PSPI的研究：通过在PSPI的分子链中引入柔性基团，如醚键，或引入大的侧基，如含氟取代基、硅氧烷取代基，或采用非共平面结构的二胺或二醉单体，或通过共聚破坏分子链的对称性和规整度都可以增加PSPI在有机溶剂中的溶解性能。
（2） 功能性PSPI的研究：通过在PSPI的分子结构中引入某些特殊的基团可 制备出具有低膨胀系数、低吸湿率、高透明的PSPI材料。目前有机硅改性和含氟 PSPI具有较好的粘附性和柔韧性，较低的吸湿率、介电常数小等优点，但由于含氟型树脂价格昂贵而限制了它的应用。与此同时，有机硅改 性和含氟的PSPI 其耐热性能较非改性的PSPI不同程度的有所下降。
二、PSPI细分应用
PSPI在电子领域主要有光刻胶及电子封装两大作用。PSPI光刻胶与普通光刻胶之间*显著区别是，PSPI光刻胶既起到光刻作用同时起到介电作用：PSPI光刻胶在光刻形成图案后，留存在特定区域形成器件所需的介电绝缘层，而普通光刻胶在将其图案转移到底层材料后将被去除，因此PSPI光刻胶能够省去涂覆光阻隔剂的工序。
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OLED显示：PSPI主要用于顶发射AMOLED产线中，可以作为平坦层（Planarization，PLN）、像素界定层（Pixel Defining Layer，PDL）和隔离柱（Spacer）等使用。
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集成电路：PSPI通常作为缓冲层、钝化层或用于多层互连结构的平坦化层，其主要功能是保护集成电路的特定区域不受外力影响。
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多芯片封装：伴随光刻技术的发展和芯片布线及封装技术的**，现代封装技术要求单个半导体芯片能够连接至其他芯片的输入输出通路， 这就需要在封装阶段进行精密的再布线(RDL)工作。在这些金属导线与芯片单元之间，PSPI被视作*常用的绝缘介质材料，不仅为封装提供必要的电气、机械和热性能，还能实现高分辨率的图案化，是RDL过程中的关键材料。因此特性，PSPI光刻胶在先进封装工艺中普遍应用，是一种核心耗材，有望充分受益于先进封装行业的发展。
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微机电系统（MEMS）：PSPI已经成为微机电系统制造中理想的层间和金属线间的介电绝缘材料以及MEMS系统组件构筑的结构材料。
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PSPI应用示例，图源：Toray
根据GlobaInfoResearch整理研究显示：2023年，全球PSPI市场规模达到了5.28亿美元，预计2029年将达到20.32亿美元，年复合增长率(CAGR)为25.16%。
全球PSPI的核心厂商有Toray、Fujifilm Electronic Materials、HD Microsystems、Asahi Kasei和SK Materials等，前五大厂商占有全球大约95%的份额。日本是*大的市场，占有大约88%份额，之后是美国和韩国，分别占有5%和4%的市场份额。产品类型而言，正性PSPI是*大的细分，占有大约65%的份额，针对下游来讲，显示面板是*大的下游领域，占有90%份额。
国内针对PSPI材料的研究相比国外稍晚，前期很长一段时间主要以中国科学院和高校等科研机构开展的基础研究为主。近年来，随着光电技术的飞速发展，国内企业和科研机构先后针对显示级封装与晶圆级封装两大应用需求开展布局，在PSPI材料领域的**申请数量稳步快速增长。根据中国电子材料行业协会数据，2021年中国集成电路晶圆制造用PSPI市场规模7.12亿元，预计到2025年中国集成电路晶圆制造用PSPI市场规模将增长至9.67亿元。
PSPI中国**的申请数量变化趋势，图源：《绝缘材料》-光敏聚酰亚胺中国**技术分析
目前，PSPI*大的用户是英特尔。英特尔在制造中央处理器和图形处理器晶圆时都要使用，而且仅使用PSPI来制造表面钝化层。由于此类处理器都要采用倒装芯片的封装形式，因此英特尔使用PSPI作为介质来制造凸点或铜柱类的微细连接再布线层。
由于PSPI行业技术壁垒较高，目前日本和美国企业仍占据全球PSPI市场的主导地位。其中*为有名的是Toray、Fujifilm Electronic Materials、HD Microsystems（HDM）等公司。随着中国集成电路、OLED面板等产业需求的进一步扩大，国内PSPI的市场规模也将持续扩增。国内方面，鼎龙股份、艾森股份已陆续实现PSPI的国产化突破，国产产品放量可期。
CoWoS先进封装关键材料和供应商，图源：SEMI VISION
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
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