耐電暈聚酰亞胺薄膜

聚酰亞胺（PI）薄膜具有高強度、 高韌性、 耐磨耗、 耐高温、 防腐蝕等特殊性能， 可符合輕、 薄、 短、小之設計要求， 是一種具有競爭優勢的耐高温絕緣材料。經過 40多年的發展， 已經成為電子、 電機產品的重要原料之一， 電子領域廣泛應用於軟板、 半導體封裝、 光伏(太陽能)能源、 液晶顯示器等， 而電機領域主要應用於航天軍工、 機械、 汽車等 ^[1]  。

聚酰亞胺（PI）薄膜為高耐熱高分子材料， 早年是美蘇兩國為發展太空航空器所研發的材料， 經過40多年的發展， 已經成為電子、 電機領域重要的原料之一， 應用於鐵路機車牽引、 石油工業潛油、 礦用電鏟、 軋鋼和起重等使用條件與環境惡劣場合的電機絕緣， 還廣泛應用於高温電纜、 消費電子產品、 核電站、 太陽能光伏和風能， 以及國防軍工、 原子能工業、 宇宙空間技術等方面I ^[2]  。

隨着科技日新月異的進步與工業技術的蓬勃發展， PI 薄膜除具有符合各類產品的物性要求外，還需具有高強度、 高韌性、 耐磨耗、 耐高温、 防腐蝕等特殊性能， 能符合輕、 薄、 短、 小的設計要求。近來 PI 薄膜在高階 FPC、 LED、 電子通訊及光電顯示等產業的新應用使得新型 PI材料的需求日益增多，聚酰亞胺薄膜在工業發展上扮演着越來越重要的角色。I ^[2] 

聚酰亞胺是一種含有酰亞胺基的高分子材料，其主要由雙胺類及雙酐類反應聚合成聚酰胺酸（PAA）高分子， 再塗布成薄膜經過高温亞胺化脱水形成。目前， 國外 PI薄膜主要製造廠商均利用化學催化劑的組合開發出聚酰胺酸的脱水反應即化學環化法加工製造， 不僅生產效率可達經濟規模， 產品的物性也比傳統的加熱環化法好I ^[2]  。

由於 PI的優異物性與薄膜狀優勢， 其應用範圍較廣。FPC有通用型和特殊應用之分以及有不同的高低等級， 因此 PI除了淺黃色， 還有黑、 白及透明等顏色， 例如 CCD模塊要求高像素， 要求不反光的黑色， 也有廠家指定顏色做為產品的企業識別。根據應用在不同的終端電子產品， PI膜厚度可以分為 0.3 mil、 0.5 mil、 1 mil、 2 mil、 3 mil 及以上。其中手機、 相機等手持式電子產品使用 0.5 mil或以下更薄的 PI， 一般電子產品、 汽車和覆蓋膜使用1 mil厚的PI， 補強板則使用較厚的PI ^[2]  。

在材料業， PI產業需要高技術、 高投資， 其產業市場具有獨佔性特點， 迄今為止全球僅少數廠商壟斷此市場， 目前 PI 膜主要生產商包括 Dupont（杜邦）、 Kaneka （鍾淵化學）、 韓國 SKC、 Ube （宇部興產）等， 市場佔有率分別為 38%、 30%、 12%及 12%。2010年 PI薄膜市場規模約為 7 000噸(以 1 mil產出能力換算)， 年產值 68 億元。2011 年全球年產能約8 700噸， 年產值約 82億元， 在過去 11年的發展歷程中， 全球 PI 薄膜產值年增長率約 10%~15%。近來隨着 IT產業的發展及各種器材的小型化及輕量化，PI膠片需求量急劇增長， 到 2015年市場規模有望達到 10 000噸， 年產值約 110億元。業內人士表示 PI薄膜年均增長率預計將達到 10%以上， 從區域角度來説， 韓國及中國市場預計會增長15%以上I ^[2]  。

目前聚酰亞胺薄膜材料製造商開發了多種商品化的高性能 PI 膜， 杜邦和東麗-杜邦(Toray-Dupont)開發出新的 PI膜， 如 Kapton K， E， EN等， 具有較好的尺寸穩定性和低的吸濕性； Kaneka 開發了Apical NPI 和 HP， 具有高的尺寸穩定性和低吸濕性； Ube商品化了新的 PI膜 Upicel系列， 在 Upilex的基礎上增強粘結性能； 市場的競爭推動材料的發展， 這些材料在今後 10年的 HDI撓性電路中會佔據主導地位I ^[2]  。

PI薄膜的工業發展趨勢是持續新品開發、 擴大產量以及提高產品質量。其中， 薄膜新產品開發方面主要體現為： 提高製程技術開發能力、 縮短新品開發週期、 多功能化產品、 強化研發能力並積極開展對外合作等； 擴大產能方面主要體現為： 改良設備良率與生產效率、 提升產線速度及增加設備幅寬等； 提高薄膜產品質量方面主要體現為： 改良產品良率、 提高製程技術能力、 改良合成技術及連續化製程能力等I ^[2]  。

目前聚酰亞胺薄膜生產商開發了多種商品化的高性能 PI膜， Dupont和 TDCT(Toray-Dupont)開發出新的 PI膜， 如 Kapton K、 E、 EN等， 具有高的尺寸穩定性和低的吸濕性； Kaneka 開發了 Apical NPI和 HP， 具有高的尺寸穩定性和低的吸濕性； Ube商品化新的 PI膜 Upicel系列， 在 Upilex的基礎上增加了粘結性能 ^[1]  。

由於研發層次及難度很高， 目前 PI薄膜產業以杜邦（Dupont）、 日本宇部興產（Ube）、 鍾淵化學（Kaneka）、日 本 三 菱 瓦 斯 MGC 和 韓 國 SKCKOLONPI為主要生產商， 全球主要 PI製造廠商產品概況。如表 1所示。PI薄膜產業市場具有寡佔性， 迄今全球僅少數廠商壟斷此市場 ^[1]  。

根據在不同的終端電子產品的應用， 聚酰亞胺薄膜厚度規格可分為 0.3 mil、 0.5 mil、 1 mil、 2 mil、 3mil和厚膜， 其中手機、 相機等手持式電子產品使用0.5 mil或更薄的 PI薄膜， 一般電子產品、 汽車、 筆記本電腦和覆蓋膜使用 1 mil 厚度的 PI 薄膜， 補強板則使用較厚的PI薄膜 ^[1]  。

2010年 PI薄膜市場規模約為 7 000噸(以 1 mil產出能力換算)， 年產值 68 億元。2011 年全球年產能約 8 700噸， 年產值約 82億元。在過去 11年的產業發展歷程中， 全球 PI薄膜產值年增長率約為 10%~15%。隨着IT產業的發展及各種器材的小型化、輕量化的趨勢， PI膠片需求量急劇增長， 到 2015年市場規模有望達到 10 000噸、 110億元， 顯示器及半導體用膠片年均增長率預計將達到 10%以上。從全球區域角度來説， 韓國的市場將會增長 15%以上 ^[1]  。

隨着移動電子裝置需求的日新月異， 驅使 PI產品發展具有更高的物性要求， 如吸濕性、 尺寸穩定性以及表面性質等方面的改善， 各製造商針對客户需求研發出白色 PI、 彩色 PI、 超薄 PI及透明 PI等高性能產品。 ^[1] 

PI 膜不僅可應用於軟性電路板， 還可用在航天、 IC 鈍化膜與 LCD 配向膜等各種領域， 如 PI 是FPC 上游材料 FCCL 的關鍵原料， 成本比重佔四成以上。近年來軟板被大量使用在手機上， 1台傳統手機需求量大約 2 至 3 片， 高階手機 5 至 6 片， 智能手機則是 6至 8片， 至於 Apple iphone手機則依設計不同需求量而有所不同， 大概在 8片以上， 未來隨手機功能的不斷增加， 其需用量將會持續上升。 ^[1] 

據報道杜邦的重心逐漸轉移， 電子用 PI的產能已難再擴大； 鍾淵以市場佔有率約三成緊追杜邦之後， 但 “311” 地震後也失去往日的活力。另外， 日本企業未來可能會將技術移轉至中國台灣廠商或直接在中國台灣地區或大陸設廠， 因此對當地薄膜製造商具有市場先佔優勢。同時， 隨着美、 日的原料成本上升和運輸時間拉長， 中國台灣和韓國 PI薄膜供貨商有機會取代美日， 取得更大的商機。

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近年來 PI 在高階 FPC 應用、 LED、 電子通訊與光電顯示等相關產業的新應用如雨後春筍般浮現，新型聚酰亞胺材料的需求日益增多， 如應用於手機的黑色聚酰亞胺膜產品、 LED光條背光需求的白色聚酰亞胺膜產品及高導熱、 超薄及可電鍍聚酰亞胺膜產品等。研發使用 PI膜生產撓性太陽能電池和用於柔性顯示器的透明基板， 如 Ube後續研發重點是光相關材料 （LED/EL） 與新一代基板材料。 ^[1] 

白色聚酰亞胺薄膜可以提高 LED 的光反射及色源穩定性， 耐高温， 長時間使用不變色， 組裝彎折不脆裂， 亦不會產生粉屑， 可以增加背光源的質量及穩定性。 ^[1] 

黑色聚酰亞胺(PI)膜具有黑色消光特性(光)， 對線路的遮蔽性高， 除了可用在 LED 背光源上， 亦可用在智能型手機及光學相關產品中。高尺寸穩定性聚酰亞胺薄膜： 由於 LED背光源的應用逐漸向電腦及電視等中大尺寸發展， 背光模塊的長度也隨之增加， 製造加工的難度也會增加，因此需要尺寸穩定性好的材料。超薄型聚酰亞胺薄膜的厚度可薄至 0.3 mil， 軟板薄型化除了對應用產品的輕薄化具有貢獻外， 更因基板的薄型化使軟板的撓曲性獲得改善， 依據鍾淵化學提供的測試數據， 當 PI 基材厚度由 12.5 μm減薄到10 μm時， 其軟板整體撓曲性將提升40%。透明的聚酰亞胺柔性薄膜既可作為輕巧高效的太陽能電池柔性襯底， 又能替代玻璃作為新一代OLED 照明/顯示的柔性襯底。目前杜邦公司所開發的 Kapton PV系列產品主要應用在 CIGS太陽光電， 並規劃至2012年做到Tg大於550 ℃。 ^[1] 

此外， 三星移動顯示公司將把 TFT薄膜晶體管置於塑料基板上， 使用聚酰亞胺薄膜取代基板上所存有的乙烯基塑料保護層， 以避免透光率受到影響。 ^[1] 

目前我國功能型聚酰亞胺薄膜的研究已經取得了一定的成果， 與國外先進產品的差距正在逐步縮小， 但是仍然存在一些問題需要解決：

（1）杜邦公司的功能型聚酰亞胺薄膜是目前種類最全、 性能最好的， 因此也牢牢佔據着絕大部分的市場份額。而國內開發的同類產品一方面由於配方和工藝的問題， 大部分還處於研究階段， 離實際應用還有很長的距離； 另一方面由於缺乏前瞻性， 僅僅停留在模仿杜邦公司的產品階段， 在開拓新應用領域、 新產品方面有待加強 ^[3]  ；

（2） 透明型的聚酰亞胺薄膜目前主要是依靠減少 CTC的產生， 從而提高薄膜的透光性， 其發展方向主要分為兩個， 第一是引入含氟基團， 第二是通過將聚酰亞胺大分子鏈中的部分芳香族結構替換成脂環族結構， 從而減少 CTC產生； 耐電暈聚酰亞胺薄膜等其他功能型薄膜主要是依靠功能型的納米粒子來提高某方面的性能， 其發展方向具有兩個共同點， 第一是尋找多種具有同樣特殊功能的納米材料， 或者使用幾種納米材料進行復配， 調節薄膜的各項性能； 第二是優化納米粒子的摻雜方式， 儘量使得無機填料均勻穩定的分散在樹脂基體中， 從而提高材料性能的均一性 ^[3]  。

（1）擴增 PI 薄膜產能， 主要是提高現有設備生產能力與生產效率， 如改善配方、 增加薄膜幅寬、 提高生產線速率等。 ^[1]  （2）研製價格相對低廉的 PI 薄膜， 如開發一種兼具兩種或者更多功能的薄膜， 從而降低成本。 ^[1] 

（3）由於中國台灣、 大陸和韓國等為全球電子產業生產製造中心所在地， 美、 日系廠商在交貨、 服務和成本方面難以與亞洲廠商競爭， 因此產地轉移成為趨勢。 ^[1]  （4）縮短新品研發週期， 主要利用現有技術或引進先進技術合作等， 如杜邦新品覆蓋膜利用現有技術擴展在 3 個月內量產 Kapton MB 型新品， 3 個月後又量產出第二代產品 Kapton MBC。另外可通過與最終客户探討以對商品進行改進。 ^[1]