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国外聚酰亚胺薄膜产品及应用进展

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28 任小龙等:国外聚酰亚胺薄膜产品及应用进展 绝缘材料2013,46(31 国外聚酰亚胺薄膜产品及应用进展 任小龙,董占林,张俊丽,张俊杰 (桂林电器科学研究院有限公司,广西桂林541004) 摘要:概述了美国、日本及韩国等地区聚酰亚胺薄膜的发展现状和一些主要公司的产品性能特点和应用领域, 简要介绍了近年来国外聚酰亚胺薄膜主要制造厂商的市场占有率、未来市场趋势、新型功能聚酰亚胺薄膜产 品以及在应用技术方面的新进展。 关键词:聚酰亚胺薄膜;产品;应用 中图分类号:TM215.3 文献标志码:A 文章编号:1009—9239(2013)03—0028.05 Polyimide Film Product and Its Application Develooment at Abroad Ren Xiaolong,Dong Zhanlin,Zhang Junli,Zhang Junjie (Guilin Electrical Equipment Scientiifc Research Institute Co.,Ltd.,Guilin 541004,China) Abstract:The development status of polyimide film(PI)in America,Japan and South Korea and the per- formance characteristic and application field of PI product of some main companies were reviewed.The market share,market trend,novel functional polyimide film products and new advance in technical appli- cation of main polyimide film companies at abroad in recent years were briefly introduced. Key words:polyimide film;product;application 0引 言 2市场现状 2.1产品分布 聚酰亚胺(PI)薄膜具有高强度、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绝缘 材料。经过40多年的发展,已经成为电子、电机产 品的重要原料之一,电子领域广泛应用于软板、半 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)、Et本三菱瓦斯MGC和韩国SKCK— OLONPI为主要生产商,全球主要PI制造厂商产品 概况[2-3,5,7-9]如表1所示。PI薄膜产业市场具有寡占 性,迄今全球仅少数厂商垄断此市场,主要生产商 的市场占有率如图1所示。 2.2市场概况 导体封装、光伏(太阳能)能源、液晶显示器等,而电 机领域主要应用于航天军工、机械、汽车等u 。 1 产品现状 目前聚酰亚胺薄膜生产商开发了多种商品化 的高性能PI膜,Dupont和TDCT(Toray.Dupont)开发 出新的PI膜,如Kapton K、E、EN等,具有高的尺寸 稳定性和低的吸湿性;Kaneka开发了Apical NPI 和HP,具有高的尺寸稳定性和低的吸湿性;Ube商 品化新的PI膜Upicel系列,在Upilex的基础上增加 了粘结性能,全球主要PI制造厂商的产品概况详如 表1所示 收稿日期:2012—1l一09 根据在不同的终端电子产品的应用,聚酰亚胺 薄膜厚度规格可分为0-3 mil、0.5 mil、1 mil、2 airl、3 mil和厚膜,其中手机、相机等手持式电子产品使用 0.5 mil或更薄的PI薄膜,一般电子产品、汽车、笔记 本电脑和覆盖膜使用1 mil厚度的PI薄膜,补强板 则使用较厚的PI薄膜。 2010年PI薄膜市场规模约为7 000吨f以1 mil 产出能力换算),年产值68亿元。2011年全球年产 能约8 700吨,年产值约82亿元。在过去11年的产 业发展历程中,全球PI薄膜产值年增长率约为10% ~作者简介:任小龙(1982一),男(汉族),陕西蒲城人,工程师,从事绝 缘材料开发以及制程研究工作。 15%。随着IT产业的发展及各种器材的小型化、 绝缘材料2013,46(31 任小龙等:国外聚酰亚胺薄膜产品及应用进展 表1 全球主要PI制造厂商产品概况 29 制造商 Dupo ̄ 传统PI膜 K ̄ton H,HN 新PI膜(高尺寸稳定性、低吸湿性) K ̄ton VN,EN 新PI膜(其他要求) K ̄ton PV9100.200RS100 Ube Kaneka SKCKOLONPI MGC Upilex RN(R) Apical AV 1N.IⅣ Upilex S Apical NE HP IF.LN Upicel Pixeo TEBP—S GP.GL.LS Neopulim L Mitsui Chemicals Type—A,B,C 轻量化的趋势,PI胶片需求量急剧增长,到2015年 市场规模有望达到10 000吨、110亿元,显示器及半 DuPo ̄.43% 导体用胶片年均增长率预计将达到10%以上。从 全球区域角度来说,韩国的市场将会增长15%以 上。全球聚酰亚胺薄膜的主要制造商产能 。 如 表2所示。 3市场趋势 图1 2011年全球PI市场占有率 (注:中国工业技术研究院产业经济与 趋势研究中心(IEK)]) 随着移动电子装置需求的日新月异,驱使PI产 品发展具有更高的物性要求,如吸湿性、尺寸稳定 表2全球PI薄膜主要制造商产能 国家地区 美国 制造商 杜邦(Dupont) Kapton 7 2640 商标 生产线/条 产 ̄/(T/Y1 制造地点 备注 俄亥俄州瑟克尔维尔 电子信息行业发展 市德克萨斯州贝波特 需求扩产 、东丽一杜邦 (Toray—dupont) K ̄ton。 5 2520 爱知县东海市 柔性线路行业需求 扩产 宇部兴产(Ube) 日本 钟渊Upilex 12 2020 山口县、酒井(大阪) 液晶、等离子电视 及TAB等应用需求 (Kaneka) Apilex。 9 3200 日本志贺县、美国德克萨 斯州帕萨迪纳市、马来西 手机(3G)等电子信 (含美国钟渊高科KHM) 亚(关丹) 息业应用需要 韩国 SKC KOLON PI 7 274O 水原、忠北镇川、龟尾 柔性线路行业需求 注:表中统计生产线含有近期规划数量,产能同时含有规划产能。 性以及表面性质等方面的改善,各制造商针对客户 FPC上游材料FCCL的关键原料,成本比重占四成 需求研发出白色PI、彩色PI、超薄PI及透明PI等高 性能产品。 PI膜不仅可应用于软性电路板,还可用在航 以上。近年来软板被大量使用在手机上,1台传统 手机需求量大约2至3片,高阶手机5至6片,智能 手机则是6至8片, ̄-TApple iphone手机则依设计 不同需求量而有所不同,大概在8片以上,未来随手 天、Ic钝化膜与LCD配向膜等各种领域,如PI是 30 任小龙等:国外聚酰亚胺薄膜产品及应用进展 绝缘材料2013,46(3) 机功能的不断增加,其需用量将会持续上升。 据报道杜邦的重心逐渐转移,电子用PI的产能 杜邦电路及包装材料(Dupont Circuit and Packaging Materials)公司于2010年10月底宣布,杜 邦Kapton Pv系列聚酰亚胺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。杜邦Kapton PV系列聚酰亚 胺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 已难再扩大;钟渊以市场占有率约三成紧追杜邦之 后,但“31l”地震后也失去往日的活力。另外,日本 企业未来可能会将技术移转至中国厂商或直 接在中国地区或设厂,因此对当地薄膜制 造商具有市场先占优势。同时,随着美、日的原料 成本上升和运输时间拉长,中国和韩国PI薄膜 供货商有机会取代美日,取得更大的商机。 4产品应用 涉及到一些封装材料,如杜邦公司的Kapton聚酰亚 胺薄膜等。杜邦公司具体的产品特点及应用如表3 所示 4.1 美国杜邦(Dupont) 表3美国杜 ̄lI(Dupont)产品特点及应用 类型 特点 应用 备注 B CR 不透明;低光线反射 耐击穿性能 高温;天线;LED驱动电路;精密激光蚀刻 牵引电机;变压器;电气旋转机器 黑色f亚光) 耐电晕 FPC VN HN HPP.ST 尺寸稳定性;粘附力 尺寸稳定性 力学性能;介电性能;热性能 尺寸稳定性;粘附力 FPC;军事;航空 传感器;绝缘垫片;电子部件 机械部件;电气部件;电气绝缘;压敏胶带;光纤电缆 FPC;军事;航空 低收缩率(高温) 普通型 MT PST 导热性能;介电性能 绝缘垫(散热器);加热器电路、功率用品;陶瓷片替代 导热基体聚酰亚胺薄膜 透明 力学性能;纵横向差异小;介电性能 压敏胶带 PV9101/9l02/9l03 自熄性;韧性;弹性;耐高温 200RS1O0 a.si和CIGS光伏(基材)产业 惰性;耐辐射;适宜表面电阻;导电 面航空;汽车;加热片 :黑色不光滑,介质面:光滑 导电(黑色) 注:信息来源为美国杜邦(Dupont)公司网站。 4.2宇部兴产(Ube) 将供应给SMD计划正式进行量产的次世代面板的 基板使用。宇部兴产具体的产品特点及应用如表4 所示。 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 4fH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。 4.3 日本钟渊(Kaneka) 1980年日本钟渊开始实验室研究聚酰亚胺薄 膜,1984年在日本志贺建立量产Apical商标的聚酰 亚胺薄膜生产线,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l75 m、200 m、225 m厚 度规格的产品。日本钟渊具体的产品特点及应用 详见表5。 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 材料聚酰亚胺的合资企业,该合资企业所生产的PI 绝缘材料2013,46(3) 任小龙等:国外聚酰亚胺薄膜产品及应用进展 3 1 表4宇部兴产(Ube)产品特点及应用 类型 特点 应用 备注 Upilex—RN 传统PI性能;长率 高伸 高温绝缘;航 空;汽车 传统型 兼具传统型PI性 能FPC;分离膜;电 Upilex—S 定性;优异的尺寸稳 ;优异的化学 装 气绝缘;真空包 高温型 稳定性;高模量 优异粘结性能;焊 FPC;HDD;陶瓷 Upilex—VT 接温度:300 ̄C;兼 片替代;金属基 具传统型PI性能 材PCB;加热片 注:信息来源为日本Ube公司网站。 表5 日本钟渊(Kaneka)产品特点及应用 类型 特点 应用 备注 优异的力学、电气性 高温绝缘;航 Apical AH 能;自熄性;耐化学 空;3L—FCCL; 传统型 (Apical AV) 药品性;高柔性 覆盖;补强 基本物性同Apical FPC(3L—FCCL、 超尺寸 Apical NPI (Apical NP) AH型;高模量;低 2L—FCCL); 安定性 CTE TAB;HDD 注:信息来源为日本KANEKA公司网站。 4.4 韩国SKCKOLONPI 韩国SKCKOLONPI(SKC)于2001年启动聚酰 亚胺薄膜的研发,2005年完成 、IF型号的开发 (12.5~25.0gm),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1O月开始供应给世界一号FPCB公司 使用。SKC具体的产品特点及应用详见表6。 表6韩国SKCKOLONPI产品特点及应用 类型 特点 应用 备注 IN.【Ⅳ 柔性 高温绝缘;航空; 普通型 3L—FCCL IF,LN 尺寸稳定性 3L—FCCL;覆盖;补 强 超高尺寸 安定 LS 高柔性 半导体磁带;件(光学部 cD) GP GL 高模量;优异 COF:a—Si/CIGS(光 尺寸稳定性 伏) 透明 注:信息来源为韩国SKCKOLONPI网站。 4.5三菱瓦斯(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。三菱瓦斯具体的产品特 点及应用详见表7。 表7 日本三菱瓦斯产品特点及应用 类型 特点 应用 备注 无色透明; > 平板显示器;传 Neopulim L 300℃;优异尺寸 感器;光伏电池; 透明型 安定性。 光学原件 注:信息来源为日本Mitsubishi Gas Chemical公司网站。 4.6三井化学(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%。三井化学的具体产品特点及 应用详见表8。 表8 日本三井化学产品特点及应用 类型 特点 应用 备注 type—A 高耐热( >260 ̄C) 透明耐热基材透明型 ; type—B 高韧性 透明FCCL;光 (耐折次数超过100万次) 伏电池;白色 透明型 tpye—C 低CTE(17ppm/K) LED反射基材 透明型 注:信息来源为Et本Mitsui Chemicals公司网站。 5应用发展 近年来PI在高阶FPC应用、LED、电子通讯与 光电显示等相关产业的新应用如雨后春笋般浮现, 新型聚酰亚胺材料的需求日益增多,如应用于手机 的黑色聚酰亚胺膜产品、LED光条背光需求的白色 聚酰亚胺膜产品及高导热、超薄及可电镀聚酰亚胺 膜产品等。研发使用PI膜生产挠性太阳能电池和 用于柔性显示器的透明基板,如Ube后续研发重点 是光相关材料(LED/EL)与新一代基板材料 。 。 白色聚酰亚胺薄膜可以提高LED的光反射及 色源稳定性,耐高温,长时间使用不变色,组装弯折 不脆裂,亦不会产生粉屑,可以增加背光源的质量 及稳定性。 黑色聚酰亚胺(PI)膜具有黑色消光特性(不反 32 任小龙等:国外聚酰亚胺薄膜产品及应用进展 绝缘材料2013,46(31 光),对线路的遮蔽性高,除了可用在LED背光源 上,亦可用在智能型手机及光学相关产品中。 高尺寸稳定性聚酰亚胺薄膜:由于LED背光源 的应用逐渐向电脑及电视等中大尺寸发展,背光模 技术扩展在3个月内量产Kapton MB型新品,3个 月后又量产出第二代产品Kapton MBC。另外可通 过与最终客户探讨以对商品进行改进。 参考文献: [1]天津绝缘材料厂.聚酰亚胺薄膜市场动向[J]l绝缘材料通讯, 1988(6):13—14. 块的长度也随之增加,制造加工的难度也会增加, 因此需要尺寸稳定性好的材料。 超薄型聚酰亚胺薄膜的厚度可薄至0.3 mil,软 板薄型化除了对应用产品的轻薄化具有贡献外,更 [2]谢光贤.国外聚酰亚胺薄膜发展概况[J]_绝缘材料通讯,1992 (1):34—40. 因基板的薄型化使软板的挠曲性获得改善,依据钟 渊化学提供的测试数据,当PI基材厚度由12.5 gm 减薄到10 um时,其软板整体挠曲性将提升40%。 透明的聚酰亚胺柔性薄膜既可作为轻巧高效 的太阳能电池柔性衬底,又能替代玻璃作为新一代 OLED照明/显示的柔性衬底。目前杜邦公司所开 发的Kapton PV系列产品主要应用在CIGS太阳光 电,并规划至2012年做到 大于550℃。 [3]刘伟利.聚酰亚胺膜的发展概况[J]_中国塑料,1993,7(4):10—15. [4]张雯,张露,李家利,等.国外聚酰亚胺薄膜概况及其应用发展 [J1.绝缘材料,2001(2):21—23. [5]颜善银,陈文求,杨小进,等.聚酰亚胺膜的应用研究进展[J].化 工新型材料,2009,37(9):26—29. [6 洪金贤.软性材料基板的介绍与应用『6]J].工业材料杂志,2007, f2431:159—168. [7]王祖德.杜邦公司聚酰亚胺薄膜产品发展概况[J].电机电器技 术,1 987(4):39—42. 此外,三星移动显示公司将把TFT薄膜晶体管 置于塑料基板上,使用聚酰亚胺薄膜取代基板上所 存有的乙烯基塑料保护层,以避免透光率受到影响。 6未来趋势 [8】柯伟.联苯型聚酰亚胺薄膜Upilex的概况[J]_绝缘材料通讯, 1991(3):15-18. [9]谢光贤.APICAL聚酰亚胺薄膜[J】_绝缘材料通讯,1996(1): 24.29. [1O]陈丽珍.杜邦公司扩大聚酰亚胺薄膜生产能力[J].化T新型 材料,1989,17(3):30. [11】王宪,谢光贤,邓近祖,等.对美杜邦公司聚酰亚胺薄膜Kapton 技术座谈会小结(上)『J1l机车电传动,1979(2):18.32. [12]王宪,郭振报.对美杜邦公司聚酰亚胺薄膜Kapton技术座谈 (1)扩增PI薄膜产能,主要是提高现有设备生 产能力与生产效率,如改善配方、增加薄膜幅宽、提 高生产线速率等。 (2)研制价格相对低廉的PI薄膜,如开发一种 兼具两种或者更多功能的薄膜,从而降低成本。 (3)由于中国、和韩国等为全球电子 产业生产制造中心所在地,美、日系厂商在交货、服 务和成本方面难以与亚洲厂商竞争,因此产地转移 成为趋势。 (4)缩短新品研发周期,主要利用现有技术或 会小结(下)[J].机车电传动,1979(3):15.22. [13]王良昭.美国杜邦公司聚酰亚胺薄膜和聚芳酰胺纤维纸产品 介绍[J].绝缘材料通讯,1985(4):42. [14]陆振基.超耐热性聚酰亚胺薄膜[J].航空材料,1986(1):20. [15] 吕洪久.超耐热性聚酰亚胺薄膜[J]l化工新型材料,1987(6): 38—39. [16]贺飞峰.聚酰亚胺的发展动向,机遇和对策[J】.上海化工,2004 r8):28—31. [17]余学新.改性聚酰亚胺薄膜 .化工新型材料,1986(6):33. [18]柯伟.联苯型聚酰亚胺薄膜制造方法的研究fJ].合成树脂及 塑料,1991,(3):75—76. 引进先进技术合作等,如杜邦新品覆盖膜利用现有 (上接第2 3页) 3结论 与环氧树脂开环共聚反应两步进行,为选择合理的 固化温度提供依据。 (3)计算出2-PZ催化苯并嗯嗪一环氧树脂体系 的固化反应级数为0.93,活化能为78.074 kJ/mol。 参考文献: [1]宋爱红,韩丽洁,盂繁荣.咪唑/环氧树脂体系固化反应的研究 [J].化学与粘合,1998(2):63—67. [2]宋霖,顾宜.中温固化苯并嗯嗪树脂的研究[D].成都:四川大 学,2005. (1)2-PZ对苯并嗯嗪一环氧树脂体系的固化反 应有明显的催化作用,能大幅降低体系的固化温度。 (2)2-PZ对苯并嗯嗪一环氧树脂体系的催化活 性比咪唑的催化活性小,表明2-PZ更能延长树脂及 粘结片的储存时间。DSC分析研究树脂的固化机 理,得出苯并嗯嗪一环氧树脂体系的固化反应分为 2-PZ催化苯并嗯嗪树脂开环固化反应和苯并嗯嗪 

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