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又一卡脖子材料：最难的山头已攻下

发布时间：2025-09-26

一、PSPI材料简介

光敏聚酰亚胺（Photosensitive Polyimide，简称“PSPI”，）是兼有耐热性能与感光性能的一类高分子材料，是一种十分重要的半导体材料，也是一种十分被卡脖子的材料。因具有电绝缘性，可保护半导体电路免受物理和化学条件的影响。

1、PSPI结构

PSPI高分子链上兼有亚胺环以及光敏基因，是一类集优异的热稳定性、良好的机械性能、化学和感光性能的有机材料。PSPI的主链由重复的酰亚胺环构(-CO-NH-CO-)结构组成。光敏基团是一些可以在特定波长的光照射下发生化学反应的官能团。常见的PSPI光敏基团有：环氧基团，双键，偶氮化合物等。

资料来源：公开资料，金瓯新材料研究院

2、PSPI产业链构成

PSPI光刻胶的生产处于产业链结构的中游，是电子和微电子领域的理想绝缘材料，是显示面板、LED封装、半导体等光电子和微电子领域中最重要的电子化学品材料之一，被作为层间绝缘、表面钝化、应力缓冲、射线屏蔽等材料而广泛应用。

资料来源：八亿微时空，金瓯新材料研究院

二、光敏聚酰亚胺的应用

光敏聚酰亚胺在电子领域主要有光刻胶及电子封装两大作用。

1、作为光刻胶

作为光刻胶，在光敏聚酰亚胺中添加上增感剂、稳定剂等就可以得到“聚酰亚胺光刻胶”。在紫外光、α射线、X射线等的辐射下，被照射部分的结构会发生变化，能够溶解在相应溶剂中，可以用于制作精密的图案。

资料来源：八亿微时空，金瓯新材料研究院

与传统光刻胶相比，最显著区别是，光敏聚酰亚胺光刻胶在光刻形成图案后，留存在特定区域形成器件所需的介电绝缘层，而普通光刻胶在将其图案转移到底层材料后将被去除。

资料来源：公开资料，金瓯新材料研究院

同时，由于聚酰亚胺本身有着很好的介电性能，因此在使用时无需涂覆仅起工作介质作用的光阻隔剂，可以大大缩短工序，提高生产效率。在节约了材料成本的同时，显著缩短了集成电路制造工艺，提高了光刻图形精度和成品率。

资料来源：公开资料，金瓯新材料研究院

2、作为电子封装材料

在电子封装方向，对于半导体的先进封装，可用于应力缓冲层、绝缘层和层间绝缘材料。晶圆封装（WLCSP）、扇出晶圆封装（F0-WLP）、倒装（FC BGA）、2.5D封装、3D封装等。

在显示装置中（如AMOLED显示），作为阵列BOM材料，广泛应用于平坦化层（PLN）、像素定义层（PDL）、支撑层（PS）绝缘膜，以提高层间绝缘性和减少显示色差。

在微机电系统（MEMS）系统中，PSPI已经成为MEMS制造中理想的层间和金属线间的介电绝缘材料以及MEMS系统组件构筑的结构材料。传统MEMS的介电绝缘层，如氧化硅和氮化硅，需要特殊的沉积过程和图案成型步骤。使用PSPI做绝缘层不仅简化制造过程，而且具有优良性能，如热稳定性、耐化学性、低介电常数和低残余应力。

随着电子产品小型化、薄膜化、高性能化、多功能化、高可靠性和低成本化，市场需求使得集成电路封装密度增加，对于IC封装材料的要求也日益提高。大芯片时代的到来，原有的金属、陶瓷材料封装工艺技术受到了极大的冲击，以环氧树脂、聚酰亚胺树脂等为代表的电子封装材料正逐渐崛起成为重要的IC封装材料。

三、PSPI分类

根据光刻图案的不同，PSPI可分为正性光敏聚酰亚胺(p－PSPI)和负性光敏聚酰亚胺(n－PSPI)。正性PSPI是紫外辐照区域在显影剂中溶解，负性PSPI是辐照区域交联固化不再溶于显影剂。早期研究较多的是负性PSPI，目前更多的研究集中于正性PSPI。正性PSPI由于其在图案形成方面的高精度，可满足高级封装需求，另外在环境友好的碱性水溶液显影，因此应用前景相对更大一些。

资料来源：八亿微时空，金瓯新材料研究院

不同类型的PSPI光刻胶对树脂的选择具有明显的差异，常被分细分为负性酯型PSPI、离子型负性PSPI、自增感型正性PSPI、叠氮萘醌型正性PSPI、化学增幅型等多种类型。PSPI光刻胶对理化与光刻性能均有一定的要求，故行业从业者常根据成像能力、感光速度、固化后膜性能要求（热性能，电性能，机械性能）、工艺、储存稳定性和成本等方面进行树脂选择。

四、PSPI的性能

光敏聚酰亚胺性能体现在两个方面：①制作图案的感光特性和②最终图案化薄膜的性能。感光特性取决于PSPI体系的光敏性以及聚合物分子结构。聚酰亚胺的结构和加热处理过程对最终图案化的薄膜性能产生主要影响。这些性能主要与PSPI的分辨率、灵敏度、粘度、粘附力、抗蚀刻、表面张力等性能有关。

五、PSPI的攻克难点

1、材料的基础性能难点

PI材料一般需要在350度以上的高温条件才能够完全固化，但在实际的晶圆应用制程中，随着芯片面积增大和晶圆厚度减薄，低固化温度需求强劲。如何获得能够在250度以下固化且依然具备性能良好的PSPI材料，难度极大。

2、材料的工程应用难点

PSPI既是光刻工艺制程材料，亦是芯片封装结构材料，完成制程后最终留存于风中器件中。要保证其在手机芯片以及车机芯片上数十年的稳定性，就对材料的可靠性，纯度、以及各种方面提出了苛刻的要求。

3、材料应用的检测周期壁垒

PSPI作为前道IC、后道先进封装、微机电MEMS及有机发光二极管（OLED）显示等领域应用领域的直接材料，会永久性地保留在芯片、器件内部，导致产品验证周期整体偏长，少则6个月，多则2~3年。同时还需要通过多项可靠性测试。测试周期长，意味着供应商进入到下游客户供应链系统需要较长时间成本，这为先进入企业建立了一定的先发护城河。

六、PSPI市场规模

Yole Group预计，2023年全球芯片封装用PSPI市场规模将达到6亿美金，随着2.5D、3D封装扩展，市场呈持续扩张的态势。

在AMOLED市场，相关机构预测，2026年我国AMOLED市场规模突破3500亿元，产能将居世界第一；PSPI在AMOLED的应用快速增长，预计2025年突破45亿元。

另，公开资料显示，2021年全球光敏聚酰亚胺（PSPI）市场销售额达到了3.2亿美元，预计2028年将达到18亿美元，年复合增长率（CAGR）为27.5%（2022-2028）。

随着AMOLED大尺寸、高分辨率需求增长，同时光刻技术持续进步，芯片上可实现的晶体管密度越来越大，逻辑处理器和内存芯片的尺寸越来越小，集成电路的小型化和多功能化等需求，推动着PSPI的需求越来越大，市场前景光明。