許宗洲、林文龍、蘇秀麗 / 工研院材化所
感光型聚醯亞胺(Photosensitive Polyimide; PSPI)具備優異的熱機械性能與可直接光蝕刻成型特性，已為再佈線層(RDL)與鈍化層之關鍵材料。而PSPI旋轉塗佈製程中的材料利用率偏低，約有 30%以上為殘餘料，造成高價材料損耗。本研究開發PSPI製程殘餘材料之循環回用技術，發展結合吸附式過濾與低熱負載變溫壓控之物理式純化流程，可在不改變材料配方與分子結構的前提下有效去除污染物，使純化後材料回復至原廠規格。凝膠滲透層析法(Gel Permeation Chromatography; GPC)分析顯示純化前後分子量分布無顯著差異，證實純化過程未造成高分子鏈裂解或交聯。本技術不僅可提升PSPI材料利用率並降低高價材料成本，同時減少化學廢棄物產生，為半導體與電子產業推動綠色製造與循環經濟提供可行解決方案。
【內文精選】
PSPI製程殘餘材料之回用技術開發
本研究開發一套專門針對PSPI製程殘餘材料的循環回用技術，以解決先進封裝製程中，因旋轉塗佈造成的高比例材料損耗問題。技術首先建立完整的物化性分析方法，以評估回收材料與新品材料之差異。分析項目包含黏度、固含量、含水率、金屬離子含量與高分子分子量分布等五項品質指標。其分析指標可同時反映PSPI材料於旋轉塗佈製程後所導入之環境污染，以及其對後續塗佈成膜與微影解析度之潛在影響。
實際分析PSPI製程殘餘材料相較於新品材料，其中水分與金屬離子含量顯著升高，其中水分與金屬離子含量顯著升高，其中PSPI製程殘餘材料之含水率可高達16%，總金屬離子含量亦達500 ppb，明顯高於新品規格範圍。進一步分析顯示，含水率升高亦會導致黏度偏移，進而影響旋轉塗佈後膜厚均勻性。此結果明確指出，水分與金屬離子為PSPI製程殘餘材料中最主要之污染來源，亦為後續純化技術設計之關鍵去除目標。
因此本研究針對PSPI製程殘餘材料中主要污染物（水分與金屬離子）設計一套全物理式純化流程，以避免化學反應對高分子結構與感光特性造成影響。其中，在金屬離子去除方面，採用吸附式過濾模組，可同時達成金屬離子吸附與微粒過濾之雙重效果；在水分去除方面，則以變溫與壓力控制機制進行脫水處理，使材料於低熱負載條件下有效移除水分。整體流程可在不改變PSPI原始配方比例與分子量分布的情況下，達成污染物去除之目的。實際以電子廠PSPI製程餘料進行純化測試後，結果顯示水分含量可由16%降低至約2,000 ppm，總金屬離子含量亦由500 ppb降至<100 ppb，均符合原廠新品規格要求，而其他物化性質則未出現顯著變化。特別值得注意的是，高分子分子量分布分析結果顯示，純化前、純化後與新品PSPI之GPC曲線可完全重疊，如圖三所示。證實本研究所開發之純化流程不會造成高分子鏈段裂解或交聯反應，材料結構與分子量分布皆可維持與新品一致，顯示該技術具備高度材料相容性---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖三、PSPI材料純化前後GPC分析之分子量分布圖
★本文節錄自《工業材料雜誌》473期，更多資料請見下方附檔。