鄭志龍／工研院材化所
聚醯亞胺樹脂是一種含有醯亞胺基的有機高分子材料，其製備方式主要是由雙胺類及雙酐類反應聚合成聚醯胺酸高分子，之後經過高溫環化脫水形成聚醯亞胺高分子，由於其具有優異的熱安定性及良好的機械、電氣及化學性質，一直是高性能高分子材料的首選。近年來國內半導體、電子、通訊等相關產業蓬勃發展，帶動國內經濟發展，對於電子用化學品和材料的需求亦日益提升。聚醯亞胺以其優越的性質，在電子材料上扮演著極重要之角色，尤其在對材料要求嚴格的電子工業上，一直處於關鍵性材料的地位，其應用如高溫膠帶、軟性電路板、IC封裝的感光性聚醯亞胺絕緣層、LCD的配向膜等。本文將就聚醯亞胺的合成原理與相關應用，以及工研院材化所在高頻軟板材料技術之開發作一簡略說明。
【內文精選】
聚醯亞胺簡介
聚醯亞胺(Polyimide; PI)為一主鏈上含有環狀醯亞胺基結構的高分子材料，通常可利用二胺與二酸酐單體進行聚縮合反應形成。環狀醯亞胺基結構如圖一所示。
早在1908年，由Bogert和Renshaw以4-胺基鄰二苯二甲酐(4-Aminophthalic Anhydride)或4-胺基鄰二甲酯(Dimethyl 4-Aminophthalate)以分子內熔融縮合反應製成聚醯亞胺，一直到1955年美國杜邦(DuPont)公司獲得芳香族聚醯亞胺的專利以後，將商品名為Kapton的聚醯亞胺薄膜產品用於高溫絕緣上，聚醯亞胺的研究才開始受到重視，圖二為Kapton的化學結構。
由於主鏈上醯亞胺基的關係，使得聚醯亞胺具有很高的硬度以及分子間很強的極性作用力，因此聚醯亞胺具有很多優越的物理及化學性質，包括下列各項特性：①可在攝氏250~300度的溫度下長時間使用，耐熱溫度高於攝氏400度，部分產品甚至可達攝氏500度；②機械強度佳，耐磨耗性優異；③熱膨脹係數(CTE)小，尺寸安定性佳；④優越的耐輻射性；⑤可以達V-0耐燃等級；⑥電氣特性佳（破壞電壓、介電強度）；⑦耐化學溶劑性佳。
1980年代，電腦、通訊、光電產業以及國防工業產品都在進行高性能化以及輕、薄、短、小化。聚醯亞胺為耐熱性高分子材料之一，同時具備優良的光學及電氣絕緣特性、抗化學藥品性以及機械性質等優點，因此廣泛地應用於飛機、汽車、精密機械、半導體工業、光電產業等高科技領域。隨著光電產業(LCD)的急速發展，使得聚醯亞胺亦可應用在液晶顯示器之配向膜、補償膜等各種薄膜材料中，以及軟性印刷電路板(FPC)，時至今日，包含最先進的半導體製程、5G通訊、AI，甚至日韓的貿易戰中，聚醯亞胺都是不可或缺的關鍵物料。其研究與應用仍持續在發展當中，圖三為聚醯亞胺的產業應用範疇。
圖三、聚醯亞胺的產業應用範疇
聚醯亞胺樹脂合成方法
聚醯亞胺樹脂最常見的製造方法，是以芳香族二酸酐及芳香族二胺為原料，使用NMP等極性非質子性溶劑，先聚合成聚醯胺酸(Polyamic Acid)，再進行加熱、脫水、環化而得到聚醯亞胺樹脂（圖四）。聚醯亞胺樹脂依其合成方式，可以大致分為縮合型、加成型及變性型三類。
圖四、一般聚醯亞胺樹脂製造方法
1. 縮合型聚醯亞胺樹脂
縮合型聚醯亞胺樹脂也可以稱為線性飽和型聚醯亞胺樹脂，是聚醯亞胺中耐熱性最高的。其通常是由芳香族的二酸酐(Aromatic Dianhydride)與二胺(Diamine)在極性非質子性溶劑，於常溫或低溫下進行聚合反應…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》407期，更多資料請見下方附檔。