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模切材料|由表及里解读PI薄膜

 0 来源:模切之家 2017-11-20


一、 PI薄膜简介


聚酰亚胺(PI)薄膜是最早的聚酰亚胺商品之一,最初是用于电机的槽绝缘及电缆绕包材料。经过近50年的发展已经成为电工电子领域的重要原材料之一。

PI膜除能符合各类产品的基本物性要求,更具备高强度高韧性、耐磨耗、耐高温、防腐蚀等特殊性能,可符合轻"薄"短"小之设计要求,是一种具有竞争优势的耐高温的绝缘材料,已经成为电子电机两大领域上游重要原料之一,广泛应用于航空、航天、电气电子、半导体工程、微电子及集成电路、纳米材料、液晶显示器、LED 封装、分离膜、激光、机车、汽车、精密机械和自动办公机械等领域。


聚酰亚胺薄膜分类

聚酰亚胺薄膜包括均苯型聚酰亚胺薄膜和联苯型聚酰亚胺薄膜两类。前者为美国杜邦公司产品,商品名Kapton,由均苯四甲酸二酐与二苯醚二胺制得。后者由日本宇部兴产公司生产,商品名Upilex,由联苯四甲酸二酐与二苯醚二胺(R型)或间苯二胺(S型)制得。


二、 PI膜的生产制备


PI主要由二酐类(Dianhydride)及二胺类(Diamne)为原料聚合而成,目前主要有一步法、二步法、三步法和气相沉淀法四种方法。其中,二步法是目前PI 膜制造中最普遍采用的合成PI的工业化方法,具体是指缩聚和酰亚胺化两个步骤。


二步法是先由二酐和二胺获得前驱体聚酰胺酸(PAA),再通过加热或化学方法后固化(又称为亚胺化、环化、熟化)脱水,而形成PI高分子。


PI 膜的制造过程则是在PI高分子的两个步骤中间加入流涎、干燥、拉伸等步骤,使PAA溶液变成PPA膜后再进行亚胺化处理,从而生产出PI膜。


三、PI膜的应用


由于PI薄膜具有良好的耐高低温性能、环境稳定性、力学性能以及优良的介电性能,在众多基础工业与高技术领域中均得到广泛应用。


PI薄膜主要应用领域


四、全球透明聚酰亚胺薄膜市场发展现状


近年来,随着OLED照明/显示、有机光伏、柔性印刷电路板等行业的技术进步和飞速发展,上游产业也活跃起来。在高性能聚合物光学薄膜中,无机和透明的聚酰亚胺(CPI)薄膜及其类似物,包括聚酰胺酰亚胺(PAI),聚醚酰亚胺(PEI)占据了领先地位。


目前,全球透明聚酰亚胺薄膜技术被美日韩中垄断,主要生产商有MGC,I.S.T Corporation,NeXolve,DuPont,今山电子和长春高琦。日本现在是全球透明聚酰亚胺薄膜的主要生产地和消费地,产量占全球的95%。 MGC是日本的主要生产商,也是最早商业化生产透明聚酰亚胺薄膜的公司,其在全球透明聚酰亚胺薄膜市场的占比达到93%。SKC和 KOLON也在积极研发透明聚酰亚胺薄膜。SKC计划2017年第二季度开始大批量生产,KOLON计划2018年第一季度开始大批量生产,届时韩国也将成为主要生产地。Toyobo宣称其商业化了一种透明PI膜,但是未见量产报道。


据了解,2016年全球透明聚酰亚胺薄膜的产量约为92.8万平方米,产值约为1.54亿美元。预计未来几年,年增速将达到10%。从下游来看,柔性显示技术和薄膜太阳能电池将会是透明聚酰亚胺薄膜市场的主要驱动力,2016年应用在OLED照明/显示和有机光伏的透明聚酰亚胺薄膜占全球市场的73%。


五、国内PI膜的市场概况


上世纪70年代中期,由于当时下游市场需求不足,PI薄膜产业发展缓慢,国产电工绝缘用普通PI薄膜的产能仅约250 t/y。进入21世纪,随着国内电子工业的发展,尤其是柔性覆铜板(FCCL)的快速发展给PI薄膜市场带来巨大的发展空间,市场需求日益增加。2002年,国内PI薄膜产能约750 t/y,2004年产能增加到 1500 t/y,2009 年产能达到 4000 t/y。2004~2009年,国内 PI 薄膜的产能和产量均以每年20%以上的速率增长,2011 年以来,国内 PI 薄膜的需求量超过3000 t/y,销售额约10~12亿元。


据了解,目前,国产PI薄膜90%以上应用于绝缘材料领域,年消费量 3000~5000 t,年进口量为800~900 t。2013年,国内 PI 薄膜需求量达到5000 t/y,国内FCCL行业对PI薄膜需求量的统计及预测如下图所示。业内人士预计,未来几年国内 PI 薄膜市场将以年均12%以上的速率快速增长。此外,不仅国内PI薄膜的市场空间大,国际市场行情也很好,国内产品的出口量也逐年增加。随着新型动力电池技术和产业的发展,新型动力汽车电池隔膜的产业需求也推动特种功能型PI薄膜的发展。因此,国内高性能PI薄膜的发展潜力巨大。


        


FCCL 是广泛应用于电子工业、汽车工业、信息产业和各种国防工业用挠性印制电路板(FPC)的主要材料,4G通讯、智能家电及汽车电子等方面的高速增长,推动FCCL市场的发展。在FCCL领域,PI薄膜主要用作绝缘基膜或高温胶带,对PI薄膜的要求较高,80%以上依赖进口。2012年国内FCCL用PI 薄膜的市场分布如下图所示,其中国内主要制造厂商占比约1/5。


2012年国内FCCL用PI薄膜的市场格局


 六、PI膜生产厂家


目前PI薄膜生产商开发了多种商品化的高性能PI膜,由于研发层次及难度很高,目前PI薄膜产业以杜邦(Dupont)、日本宇部兴产(Ube)、钟渊化学(Kaneka)、日本三菱瓦斯MGC、韩国SKCK-OLONPI和台湾地区达迈为主要生产商。


美国杜邦(Dupont)

杜邦电路及包装材料(Dupont Circuit andPackaging Materials)公司于2010年10月底宣布,杜邦Kapton PV系列聚PI薄膜已工程化应用于无定形硅(a-Si)模块和铜铟镓硒(CIGS)太阳能光伏应用两个关键产品。据涂布在线了解,杜邦Kapton PV系列PI薄膜可提供卷到卷的加工能力,具有低吸水率和高解吸率特点,有优良的介电性能,用陶瓷填充可增加电晕性和导热性。另外,苹果手机的防水系统涉及到一些封装材料,如杜邦公司的Kapton PI薄膜等。


日本宇部兴产(Ube)

上世纪80年代,日本宇部兴产(Ube)开发了一种高性能的PI膜U-pilex S,与Kapton相比,它具有高的耐热性、较好的尺寸稳定性和低的吸湿性。但对于大尺寸的 FPC,该材料刚性较大而不适合。U-pilex 有较佳的耐化学性,在 TAB 中有较多应用,因为TAB需要较好的尺寸稳定性和耐热性能,且其尺寸较小,不需要高的弯曲性能。2011年Ube宣布与韩国Samsung Mobile Display(SMD)签署契约计划,在韩国忠清南道牙山市设立一家生产面板上游材料PI的合资企业,该合资企业所生产的PI将供应给SMD计划正式进行量产的次世代面板的基板使用。


日本钟渊(Kaneka)

1980 年日本钟渊开始实验室研究PI薄膜,1984年在日本志贺建立量产Apical商标的PI薄膜生产线,产品主要应用于FPCs。1988年开发出具有优越尺寸稳定性的Apical NPI型号,1995年Apical AH型号产出175 μm、200 μm、225 μm厚度规格的产品。


日本三菱瓦斯(MGC)

三菱瓦斯(MGC)是目前全球唯一有能力真正工业化生产透明PI薄膜的厂商,满足高耐热、高透明所需电子产品的需求,产品主要应用于软性显示器相关产品及光学原件。


日本三井化学(Mitsui Chemicals)

三井化学(Mitsui Chemicals)根据自身特有的高分子设计技术、反应技术开发出高耐热和高透明的PI薄膜,其玻璃化转变温度高达260 ℃以上,光线透过率大于88.0%。


韩国 SKCKOLONPI

韩国SKCKOLONPI(SKC)于2001年启动PI薄膜的研发,2005 年完成 IN、IF 型号的开发(12.5~25.0μm),并建立了1#批量生产线,2006年完成LS型号的开发并于2007年6月应用于三星/LG手机,2009年10月开始供应给世界一号FPCB公司使用。


台湾达迈科技

达迈科技股份有限公司(简称达迈科技)成立于2000年6月,2001年12月T1产线开始试车;2002年3月开始给客户提供样品进行市场认证;2003年12 月完成整卷式 2-CCL 样品制作;2005 年 7 月自行开发TPI配方并完成整卷式高温热压合型双面样品试作;2005 年 10 月达迈科技与日本荒川化学(Arakawa Chemical)合作共同开发引入纳米二氧化硅粒子的湿式镀膜法(Platable Si-H)制备PI并应用于 COF(Chip on Flexible Printed Circuit)市场及半加成法制造柔性印制电路板(Semi-additive FPC)技术;2007年12月与日本JFEC合资设立杰达薄膜科技股份有限公司,并以化学法制造IC封装用PI薄膜;2011年10月股票上市;2012年下半年T4产线投入营运;2013年5月联贷新台币15亿元扩充机器设备及充实营运周转资金,2013年年底前T5产线装机试产。另外,达迈科技已投资20万美元于大陆设立PI薄膜销售子公司。


台湾达胜科技

达胜科技成立于2004年9月,2006年10月开始试车并提供样品给客户进行市场认证。达胜科技的制造技术与杜邦新竹、达迈科技的类似。从原材料配方组成到制造过程所需相关设备均自行开发与设计,主要生产高功能性、全尺寸PI薄膜,达胜科技是中国台湾地区可生产12.5~225μm全尺寸高性能PI薄膜的唯一厂家,产品具有创新性及较强的国际竞争力。


七、我国PI膜发展遇到的问题


我国是全球最大电子零组件生产基地,在技术与产品布局方面,国内PI薄膜制造厂商与全球主要生产厂商仍有一段距离,下面涂布在线对国内PI薄膜制造厂商的现状进行分析:


(1)国内现状使得国内制造企业无法培养高层次的技术人才;生产良率仍低于国际水平;工资持续上涨,削弱了当地生产的优势;融资渠道较为局限;产业规模持续扩大,在缺乏新兴产品驱动下造成PI薄膜制造厂商同质化竞争态势愈来愈明显等。


(2)日商、韩商、台商持续提升生产技术水平,抢占国内庞大的消费市场;中、低阶产品一直存在着价格下降的压力;成本持续上升、经营环境不确定性增加;受国际经济环境波动巨大等。


(3)国内生产的PI薄膜与国外同类产品在质量方面仍存在一定差距,如力学性能稍低,外观质量稍差,热收缩率稍高等问题。


八、 未来PI膜发展趋势


PI 膜的下游应用广泛,产品需求大。具体包括绝缘材料领域、半导体及微电子工业领域、电子标签领域、非晶硅太阳能电池领域、FCCL领域等。电工级PI膜因要求较低国内已能大规模生产且性能与国外产品没有明显差别;电子级PI膜是随着FCCL的发展而产生的,是PI膜最大的应用领域,其除了要保持电工类PI膜优良的物理力学性能外,对薄膜的热膨胀系数,面内各向同性(厚度均匀性)提出了更严格的要求。由于国产PI膜在性能上与进口PI膜存在一定的差距,不能满足FCCL中高端产品的要求,未来仍需进口大量的电子级PI膜。另一方面,未来高性能PI薄膜在柔性有机薄膜太阳能电池和新一代柔性LCD和OLED显示器产业以及锂离子等新型动力蓄电池技术产业上均有着广阔的市场前景。


由于消费电子产品的多样化、生命周期愈来愈短,造成产品量少、高定制化,使得国内相关企业能够积极投身该行业,进行利基型竞争,同时进行一站式服务,进行中小批量PI薄膜产品差异性制造,减少客户投入FCCL设计的人力成本等。涂布在线认为,未来PI薄膜的研究主要会朝高性能化、多功能化、易成型加工和低成本等方向发展,同时需要关注具有差别化和特殊应用的高性能PI薄膜。通过分子结构设计、新合成技术以及纳米复合等技术实现产品的系列化和功能化来不断扩大新品种和用途,以提高市场占有率。


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