高純度雙胺與雙酐材料單體：從 PSPI 與 PI 分子設計到半導體先進封裝的關鍵材料

高純度 PSPI 與 PI 材料單體：從分子設計到半導體先進封裝的關鍵材料

PSPI 與 PI 在半導體及電子材料的應用

隨著半導體先進封裝、高密度互連及電子元件微型化的發展，聚醯亞胺 (Polyimide, PI) 與感光型聚醯亞胺 (Photosensitive Polyimide, PSPI) 是相當重要的高性能高分子材料。

PI 具備優異的耐熱性、電氣絕緣性、機械強度及化學穩定性，廣泛應用於半導體保護層、層間絕緣膜、軟性印刷電路板 (FPC) 及電子絕緣薄膜。PSPI 則結合 PI 的材料特性與微影圖案化能力，可透過曝光、顯影形成精細圖案，應用於晶圓保護層、重佈線層 (RDL) 介電材料及先進封裝絕緣結構，有助於簡化部分圖案化製程。

 

1.構築PSPI 與 PI骨架核心：雙胺 (Diamine) 與雙酐 (Dianhydride)

PI 材料通常由雙胺 (Diamine) 與雙酐 (Dianhydride) 進行縮合聚合反應，形成聚醯胺酸 (Polyamic Acid, PAA)，再經由高熱或化學亞醯胺化合環形成 PI。合成 PI 常見雙胺單體包括 ODA、PDA 與 TFMB；雙酐則包括 PMDA、BPDA、ODPA 與 6FDA 等。不同單體的芳香環結構、分子剛性、柔軟鏈段及含氟官能基，會影響最終材料的玻璃轉移溫度 (Tg)、熱膨脹係數 (CTE)、介電特性、溶解性與光學透明度。PSPI 則可進一步透過感光基團導入、樹脂官能化或搭配光反應成分，實現曝光與顯影功能。

常用單體特性大致如下:

常用雙胺單體： 常見的 ODA、高耐熱的 PDA；若針對高頻高速應用，則會導入含氟結構的 TFMB (降低 Dk/Df)，或帶有酚羥基 (如 HAB) 之結構，以利於正型 PSPI 的鹼性顯影與感光基團接枝。

常用雙酐單體： 高剛性的 PMDA、兼具耐熱與韌性的 BPDA、以及提升耐熱尺寸安定性的 ODPA；若需低色度或高透光率 (如光學顯示與透明 PI)，則常選用含氟或脂環結構的 6FDA。

 

2. 高純度單體對 PI 與 PSPI 材料性能的影響

 

對半導體級 PSPI 而言，單體純度不僅影響聚合反應，更直接關係到材料品質及製程穩定性。

高純度雙胺與雙酐的主要價值包括：

提升聚合穩定性：降低單官能基雜質、水分及副產物對反應當量比、分子量與批次一致性的影響。

降低離子污染：Na、K、Fe、Cu 等金屬雜質或氯、溴殘留若超過 ppb 級標準，在高溫電場環境下會引發金屬離子遷移 (Ion Migration)，造成漏電流甚至 RDL 導線短路。控制這些離子雜質有助於降低電子絕緣材料的離子污染與可靠度風險。

改善薄膜品質：減少不溶性微粒與殘留雜質，有助於降低塗膜缺陷及改善薄膜均勻性。

提升光微影製程穩定性：單體若含有微量氧化雜質或不溶性固體顆粒，在 PSPI 的曝光階段會產生嚴重的散射，降低曝光靈敏度、使微影圖案剖面劣化，並增加微小盲孔開孔失敗的風險，控制影響光吸收、顯影及交聯反應的雜質，有助於維持圖案解析度與製程重現性。

 

3. 結語

隨著先進封裝對細線路、高可靠度與低缺陷材料的要求持續提高，PI 與 PSPI 的開發已不僅是高分子結構設計，更需要從源頭掌握原料品質。Kelly 能提供高純度、低金屬離子、低水分且批次穩定的雙胺與雙酐單體，協助開發高性能半導體級 PI 與 PSPI 材料。

 

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