聚酰亞胺薄膜厚度均勻（yún）性分析

摘要：聚酰亞胺薄膜（Polyimide Film），簡稱PI薄膜，是（shì）世（shì）界上最好的絕緣類高分子材料，本文簡單論（lùn）述了聚酰亞胺薄膜的生產工藝，並重點分析了厚度均勻（yún）性（xìng）對薄膜力學（xué）性能、電氣性能的影（yǐng）響以及測試和改進方法。

關鍵詞（cí）：聚酰（xiān）亞胺薄膜、厚（hòu）度均（jun1）勻性、測厚技術

作者：濟南MD传媒视频機電技術有限公司

Analysis of Uniform Thickness of Polymide Film

Abstract: Polymide film (PI Film) is the world’s best insulating polymer material. This article provides a brief introduction to the manufacturing technique of PI film and emphatically analyzes the influence of uniform thickness to its mechanical and electrical properties as well as the testing procedures and ways of improvement.

Keyword: Polymide Film, Uniform Thickness, Thickness Measurement Technique

Author: Labthink Instruments Co., Ltd

　　聚酰亞胺薄膜（Polyimide Film），簡稱PI薄膜，是世界上最好（hǎo）的絕緣類高分子材料，由於聚酰亞（yà）胺分子（zǐ）中包含十分穩定的芳雜環結構（gòu）單元，因而此類薄膜具有較高的熱穩定性、拉伸強度，較低（dī）的線性（xìng）膨脹係數，適（shì）宜（yí）的彈性模量以及優（yōu）良的（de）耐高低溫性、絕緣性、耐介質性等其他高分子材料無可比擬的優異性能，被譽為“黃金薄膜”。正因如此，它廣泛的應用於電氣電子領（lǐng）域（柔性印刷電路板FPC、自粘帶、電纜（lǎn）絕緣材料等）、航空航天領域、太陽能光伏領域、電（diàn）子產品領域（手機、電腦、音響等）以及條形碼、雷達、防火（huǒ）罩等其他方麵。

1、聚酰亞胺薄膜的（de）生產工藝

　　聚酰亞胺（àn）薄膜的製（zhì）取根據工藝的不同分為浸漬法、流延法和流延拉伸法。浸漬法是最為傳統的（de）方法之一，在鋁（lǚ）箔底材上浸漬聚酰胺酸溶液，通過烘焙幹燥形成聚酰胺酸薄膜。將底材連同薄膜放入高溫烘焙爐進行脫水亞胺化反（fǎn）應（yīng），後經剝離、切邊、收卷（juàn）、酸洗、水洗、幹（gàn）燥即可（kě）製得聚酰（xiān）亞胺薄膜。該種方（fāng）法（fǎ）的生產工藝和操作最為簡單，但製成薄（báo）膜厚度均勻性和機（jī）械強度較差，很難達到高性能薄膜的質量要求。流（liú）延法是將聚（jù）酰胺酸溶液通過流延嘴流（liú）延到（dào）下方運行的不鏽鋼帶上，經幹（gàn）燥道幹燥成（chéng）型為具（jù）有自支（zhī）持性的凝膠狀膜。將（jiāng）此凝膠狀膜從剛帶上剝離下來（lái）進行高（gāo）溫亞胺化、收卷即製得聚酰（xiān）亞胺薄膜，此（cǐ）法製（zhì）取的薄膜均勻性和機械性能獲得了顯著提（tí）高。流延拉伸法與流（liú）延法不同之處在（zài）於收卷前（qián），增加了一道雙軸拉伸（shēn）工序，這種變化不僅大（dà）幅提升了薄膜的（de）物（wù）理性能，電（diàn）氣性能、熱穩定性也大為改觀。分析聚酰亞胺薄膜市場發展趨勢（shì），微電子領（lǐng）域將（jiāng）成為最具潛（qián）力（lì）的（de）應用領域之一，其輕量化、精細化要求必然帶動電子工程用（電子級）聚酰（xiān）亞胺薄膜的大規模生產（chǎn），為達到高品質要求，流延法和流延拉伸法將會成為行業普（pǔ）遍的製備方法並在實踐中得到進一步改進。

2、聚酰（xiān）亞胺薄膜厚度（dù）均（jun1）勻性

　　柔（róu）性印刷電路板(FPC)是目前聚（jù）酰（xiān）亞胺薄膜應用的重點領域之一，FPC的最大特點（diǎn）在（zài）於它可在三維空（kōng）間中可任意移動、彎曲（qǔ）、折疊、伸縮，因而要求其基材聚酰亞胺（àn）薄膜既輕又薄，並具備優良的拉伸性能和（hé）絕緣性。國家（jiā）標準GB 13555-92《印（yìn）製電（diàn）路用撓性覆銅箔聚酰亞胺薄膜》和GB/T 13542.6-2006《電氣絕緣用薄膜第6部分：電氣絕緣（yuán）用聚酰亞胺薄膜》亦對聚酰亞胺薄膜的（de）厚度、拉伸剝離性能、電性能（néng）等性質（zhì）作出了（le）明確規定。而GB/T 13542.6-2006更是把聚酰亞胺薄膜按標稱厚（hòu）度（μm）分為7.5、13、20、25、40、50、75、100、125九（jiǔ）類，並針（zhēn）對各類材（cái）料分別提出了相應的拉伸強度、斷裂伸（shēn）長（zhǎng）率和交流電氣強度的數值要求。由此可見，厚度在眾性能（néng）標準中是一項基（jī）礎且關鍵的指標，對薄膜物理性能的穩定和後續工序（xù）的（de）運轉有著重要意義。首先，薄膜厚度的均勻性在一定（dìng）程度上影響其力學（xué）性能。當聚酰亞胺（àn）薄膜厚度低於20μm時，其橫縱向拉伸強度和斷裂伸（shēn）長率呈（chéng）現與厚度正相關的發展趨勢，而當厚度大於（yú）20μm時，其橫縱向（xiàng）拉伸強度和斷裂伸長率趨於穩定。第二，薄膜厚度的均勻性與交（jiāo）流電氣強度性能密切（qiē）相關。當聚酰亞（yà）胺薄（báo）膜厚度在20-25μm時（shí），交流電氣強度達到最高值——200V/μm及以上，當聚酰（xiān）亞胺薄膜厚度小於20μm或高於25μm時，其交流（liú）電氣（qì）強度均有所下降，二者關係的整體趨勢呈山峰狀（zhuàng）。第三，薄膜厚（hòu）度的均勻性較差會（huì）大大降低後期收卷質量和效率。第四，薄膜（mó）厚度均勻性的（de）問題會（huì）引起生產成本的非正常增加，從而在一定程度上降低產（chǎn）品的市（shì）場競爭力。

3、聚酰亞胺薄膜（mó）厚度測試

　　鑒（jiàn）於聚酰亞胺薄膜（mó）的厚度均勻性對應用效（xiào）果、生產成本的重（chóng）大意義，監測、控（kòng）製（zhì）聚酰亞胺薄膜的厚度均勻（yún）性已（yǐ）成為工業生產中重要的、不可或缺的環節。在所有監測方法（fǎ）中，“在線實時監（jiān）測（cè）+離線抽樣檢測”模式是目前企業中（zhōng）最為典型和有效的厚度（dù）控製方案（àn）。

　　在線實時監測方便快（kuài）速、及（jí）時的獲取批（pī）量薄膜的厚度數據，如若發現與規（guī）定的數值偏差波動較大，可及時停止（zhǐ）生產線運轉，排查問題所在。常見的（de）在（zài）線測厚技術有射線技術、近紅外技術等。射線測（cè）厚技術采用放射性同位素原理，根據使用的放射源不同，分（fèn）為β射線、X射線和γ射線幾種形式，這種（zhǒng）方法性能穩定（dìng）、精度高、受電磁幹擾小，缺點在於射（shè）線源具有放射性，會對操作者人身造成傷害，另外（wài）放射源需（xū）要定期更換，費用昂貴。近紅外測厚技術是利用不同物質對（duì）近紅外領（lǐng）域（1.3～3.0μm）光線的吸收特性連續（xù）測量物質厚度的，借（jiè）助自身特點，可進行單層（céng）薄膜厚度、多層薄膜總厚度及各層厚度測量，且近紅外光為電磁波，無放射性（xìng），操（cāo）作（zuò）安全。

　　在線厚度（dù）技術雖然利於在（zài）宏觀方麵把握薄（báo）膜厚度的變化情況（kuàng），但在（zài）測試精度的穩（wěn）定性和測（cè）試範（fàn）圍的適應性方麵卻大大遜色於非在（zài）線測厚（hòu）技術。非在線（xiàn）測試技術分為以機械測厚代表的接觸式測量法和非接觸式測量法，非接觸式測量法包括光（guāng）學、渦輪、超聲波測厚等，渦輪測厚和超聲波測厚所使用（yòng）的儀器均為小型便攜式設備，要求試樣表麵平整光滑，否則易出現（xiàn）較大的（de）數據偏差。光學測厚技術理論上可達到（dào）極高的測試精度，但其原理特性對操作環境（jìng）和維護方法的要求極高，因而使（shǐ）用範（fàn）圍較窄（zhǎi）。機械測厚是最傳統的測厚方法，測試數據穩（wěn）定（dìng），對試樣沒有選擇（zé）性，其最大特點在於接觸探頭測量前在試樣（yàng）表麵施（shī）加一定的壓力，這樣可以有效避免其他非接觸測試技術測量表麵平整（zhěng）度較差或具有一定彈性的材料時（shí）而出現的（de）數據偏差較大的（de）問題。因此機械測厚更適合於聚酰亞胺薄膜厚度均勻性的離線測試。由於機械式測厚儀器的精度取（qǔ）決於（yú）測試元件的精（jīng）度，因（yīn）而在選購儀器（qì）時首先要選擇配置高精度（dù）的位移傳（chuán）感器的測試儀，這是保（bǎo）證測厚數據精準的必要前提（tí）；其次，注意儀器內部電機的質量，因為其運行速度和噪音都會對測（cè）試產生一定影響；第三，觀（guān）察測量頭和砧鐵的平行度和光潔度（如圖1），以減（jiǎn）少測試誤差的產生。另外，儀器的自動化程度，如自動進樣、自動（dòng）顯示厚度最大值（zhí）、最小值、平均值和統（tǒng）計偏差等特征也是選購儀器的重（chóng）要（yào）參考因素。

圖（tú）1.機械測厚

4、聚酰亞胺薄膜厚度均勻性的改進

　　聚酰亞胺薄膜橫向厚度的變化是成品質量下降的主要原（yuán）因，針對這一（yī）問題可有選擇的對亞胺化環節（jiē）之前的凝膠狀薄膜縱向（xiàng）薄的（de）部分進行加熱調節並在調節期間或調節後（hòu）對薄（báo）膜進行幹燥。測量聚酰亞胺薄膜縱向厚度，加熱較薄的地（dì）方，這種加熱一般在膠凝狀（zhuàng）薄膜幹燥工序中進行，因此建議在幹燥道出口處裝（zhuāng）置一個與幹燥道加熱係統相連的（de）薄膜縱向厚度偏差監控係統，當某一個或幾個狹道厚度偏差較大時，厚度偏差監控係統通過發出信號指示（shì）對應狹道的加（jiā）熱係統進行溫度調節（jiē），通過如此反複直到得到適當（dāng）的厚度為止。當然工業生產中其他因素也（yě）會（huì）導致聚酰亞胺薄膜厚度（dù）均勻性偏差，可通過（guò）建立全程厚（hòu）度測控體係來（lái）監測每一生產工藝對聚酰亞胺薄膜均勻性（xìng）的影響。

　　聚（jù）酰亞胺薄膜（mó）的厚度均勻性是保證其各項性能的前提和基礎，同時（shí）也是企業成本控製的有效切入點之一（yī），通過厚度監測配合工（gōng）藝改進，可獲取薄（báo）膜品質和成本兼顧的最佳厚度參數，保障薄膜的最優（yōu）性能。