〈分析〉一文詳解PI應用面

一文詳解PI應用面 (圖片:AFP)
一文詳解PI應用面 (圖片:AFP)

聚醯亞胺膜 (PI) 是目前綜合性能最佳的有機高分子電子材料之一,在柔軟性、耐高溫、絕緣等方面有著突出的表現,因此在電氣絕緣、FPC、軟性面板、5G 天線、散熱材料等領域有廣泛的應用。

PI 工作溫度可達 400℃以上,長時間使用的溫度範圍為介於 -269℃ 至 260℃之間,短時間使用高溫則達 400℃ 至 450℃,同時部分無明顯熔點,且具有高絕緣性能。

不過,PI 製造工藝複雜、生產成本高 (單體合成、聚合方法)、技術需求高,且核心技術掌握在全球少數企業中,因此 PI 產業呈現寡頭壟斷的局面。

這主要因為 PI 的投資規模相對較高,一條產線需要 9 億~17 億台幣的投資,這對於一般的小廠來說,其高風險和投資回收週期的壓力明顯高於一般大廠。

同時,PI 的生產參數與下游材料關係緊密,若要穩定對下游的供應則要客製專用的設備,但設備定製週期長,且技術工藝難度高,再加上專業人材不足,因此導致該產業集中度高。

目前 PI 產業是由美、日、韓企業所壟斷,這些大廠有美國杜邦,韓國 SKC Kolon PI,日本住友化學、宇部興產株式會社 (UBE)、Kaneka 和東麗等。

至於台廠則有達邁、達勝;陸廠則有時代新材、丹邦科技、鼎龍股份、瑞華泰等涉入。

而 PI 應用範圍廣泛,不光只有為人熟知的 PCB 產業有需求、半導體封裝、電子元件散熱、5G 天線等等都能見到 PI 的身影。

先進封裝

現今智慧手機追求輕薄化,帶動對 WLP 封裝和 CSP 封裝等先進封裝的需求,目前先進封裝晶圓產量已接近全球晶圓總產量的 40%。 

資料來源: VLSI
資料來源: VLSI

現代的電子封裝技術需要將電路串連、冷卻等等的技術組合成一個整體,以確保電子零件能表現出最佳的性能和可靠性。而 PI 在很大程度上可滿足高耐熱、高力學、高絕緣、高頻穩定性、低介電常數、介電損耗、低熱膨脹係數等要求,成為先進封裝的核心原料。

散熱

由於智慧手機內部的空間變小,但對於 CPU 處理需求不斷提升,再加上通訊速率的升級,因此對於散熱的考量越來越高,因此刺激業界對高散熱性能材料的需求。目前智慧手機上採用的散熱技術主要包含石墨烯、金屬背板、導熱凝膠及導熱銅管等方式散熱。

因為石墨材料在吸收同樣的熱量後,溫度上升只有銅的一半。因此石墨在導熱方面的優異性能漸漸受到關注。而 PI 膜是就是石墨散熱的核心原料之一。

目前,石墨散熱片的主要材料是人工石墨。人工石墨片的主要原料就是 PI 膜經過碳化和石墨化兩道高溫製程產生。隨著散熱應用市場成長,PI 膜在人工石墨片的應用也將逐漸增加比重。

5G 天線

4G 時代的天線製造原料主要採用 PI。但 PI 在 10GHz 以上損耗明顯,無法滿足 5G 的需求。因此,LCP 憑藉介子損耗與導體損耗更小,具備靈活性、密封性等特性逐漸得到應用。

不過,LCP 造價過高、工藝複雜、良率低,所以改良 PI(MPI) 因具有操作溫度廣,在低溫壓合銅箔下易於操作,表面也易與銅接著,更重要是價格親民,因此有機會成為 5G 天線材料的主流選擇之一。

軟性面板

軟性基板是整個軟性面板的重要零組件之一,軟性基板的性能對於軟性面板的品質與壽命均具有重要的影響。

而 PI 基板因其優良的耐高溫特性、良好的力學性能及優秀的耐化學穩定性而備受關注,使得 PI 成為軟性面板的首選原料。

由於軟性 OLED 面板市場需求旺,產業發展速度快,再加上目前滲透率仍低,未來市場成長空間仍大,展示出很大的市場需求潛力,這對 PI 基板而言是一個機遇,特別是折疊手機日後在顯示像素提升,及價格更親民後,將是另一個成長爆發的重要來源。

FPC

FPC 是採用軟性的絕緣材料製成的 PCB,相對於硬板,FPC 具有配線密度高、輕薄、可彎曲、可立體組裝等特色,及良好的散熱性和可焊性和易於裝連、整體成本較低等優點。

而 FPC 可大大縮小電子產品的體積,符合現代電子產品走向高密度、小型化、高可靠性發展的方向。因此,FPC 在消費電子、汽車電子、5G 通訊設備和國防等領域有廣泛的應用。 

資料來源: 達邁年報
資料來源: 達邁年報

根據 Prismark 數據顯示,2011 年~2018 年全球 FPC 產值年複合成長率為 5.6%,超出同期全球 PCB 產值年複合成長率 (2.4%)。 

資料來源: Prismark
資料來源: Prismark

雖然智慧手機和 PC 出貨量已趨於飽和,但隨著手機、電腦功能不斷多元化,與升級,單機感測器整合功能的強化將提升單機內 FPC 數量,如智慧手機搭載指紋辨識、多鏡頭、全面螢幕、折疊螢幕、無線充電、人臉辨識等功能都將增加 FPC 內的使用數量。


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