一、引言
聚酰亚胺（PI）作为一种高性能聚合物，以其优异的热稳定性、机械性能、化学稳定性和介电性能，广泛应用于微电子、航空航天、光电显示、高频通信等领域。随着集成电路向高频、高速、高密度方向发展，对PI材料的介电性能、光学透明度、加工性能及环境适应性提出了更高要求。
光敏聚酰亚胺（PSPI）通过引入光敏基团，实现了光刻与介电一体化工艺，大幅简化了微电子制造流程。而含氟聚酰亚胺（FPI）通过引入氟原子，显著改善了PI的介电常数、透光性、疏水性及气体渗透性。本报告综合四篇最新研究进展，系统梳理光敏化与氟化两种改性策略在聚酰亚胺材料设计、制备工艺、性能调控及应用前景方面的研究现状与趋势。
二、结构设计与合成策略
2.1 光敏聚酰亚胺的分子设计与合成
光敏聚酰亚胺通过在PI主链或侧链引入光敏基团（如甲基丙烯酸酯、邻硝基苄酯等），实现紫外光固化与图形化。
合成路线：
酯化法：将甲基丙烯酰氯等光敏单体与PI侧链的羟基反应（陈慧，2025）。
前驱体法：先合成聚酰胺酸酯（PAE），再经光固化与热亚胺化（时舜等，2025）。
化学增幅法：引入光产酸剂，通过催化反应提高灵敏度与分辨率（辛会芬等，2025）。
结构特征：
引入醚键（-O-）提高柔性与溶解性。
引入含氟基团（-CF₃）降低介电常数与吸湿率。
引入二氮杂萘酮等刚性结构维持耐热性与机械强度。
2.2 含氟聚酰亚胺的氟化策略
氟化主要通过以下方式实现：
含氟二胺单体：如6FAP、HFBAPP、TFMB等。
含氟二酐单体：如6FDA、F6FDA等。
含氟侧链：引入三氟甲基等疏水基团。
氟原子的高电负性与低极化率能有效抑制分子内电荷转移复合物的形成，从而提升透明度、降低介电常数与吸水率。
三、工艺优化与成型技术
3.1 光固化与热固化协同工艺
光固化：实现图形化，形成初步交联网络。
热固化：完成亚胺化，提高热稳定性与力学性能。
工艺优势：
降低固化温度（可低至250℃）。
缩短工艺时间，提高生产效率。
适用于卷对卷、旋涂等柔性工艺。
3.2 复合与杂化改性
纳米复合：如氟化石墨烯、POSS等增强介电与力学性能。
共聚与交联：通过共聚或引入交联剂优化性能平衡。
四、关键性能与调控机制
4.1 低介电性能
调控机制：
氟原子降低分子极化率。
大体积基团增加自由体积。
交联结构抑制极性基团取向。
4.2 高透光性
最高透光率：可达88%~90%（公聪聪等，2025）。
关键因素：氟原子阻断电荷转移复合物、抑制π-π堆积。
4.3 低吸水率与高疏水性
吸水率：可低至0.18%~0.25%（公聪聪等，2025）。
接触角：最高达111°，表现出强疏水性。
应用意义：适用于高湿度环境下的微电子封装与传感器。
4.4 气体渗透与分离性能
FPI膜在CO₂/CH₄分离中表现优异，渗透率与选择性超越传统上限。
结构设计：通过调控自由体积与链段刚性实现性能优化。
4.5 热稳定性与力学性能
热分解温度：普遍高于400℃，部分体系Td5% > 500℃。
拉伸强度：可达130 MPa以上，断裂伸长率 > 30%。
光固化工艺未显著损害材料本征性能。
五、应用领域与前景
5.1 微电子封装与集成电路
用作再布线层（RDL）、层间介质、保护层。
适用于扇出晶圆级封装（FOWLP）、3D集成等先进封装技术。
5.2 高频高速通信（5G/6G）
低介电损耗适用于毫米波天线、高频基板。
含氟LCP材料有望用于高频柔性电路。
5.3 柔性光电器件
用于柔性显示、OLED封装、透明电极基底。
适用于可穿戴设备、柔性传感器。
5.4 气体分离与环保
用于CO₂捕获、天然气净化、氢气分离。
具备高渗透性、高选择性、耐化学性。
5.5 航空航天与极端环境
高低温稳定性、低吸湿、耐辐射，适用于空间器件。
六、挑战与未来发展方向
6.1 技术挑战
成本高昂：含氟单体合成复杂，原料昂贵。
工艺控制：薄膜均匀性、图形分辨率、残留应力控制。
环境与安全：部分含氟化合物具有环境持久性，需符合环保法规（如PFAS限制）。
6.2 发展趋势
绿色化与可持续：开发低氟/无氟高性能PI，使用环保溶剂。
多功能集成：实现介电、导热、阻燃、自修复等多功能一体化。
工艺革新：发展低温固化、卷对卷制造、增材制造等新工艺。
智能化材料：响应型PI在传感、驱动、信息存储中的应用。
七、结论
综合四篇文献研究进展可知：
光敏化与氟化是提升聚酰亚胺综合性能的有效途径，二者结合可兼顾加工性、介电性、光学性与环境稳定性。
工艺协同与结构精细设计是实现性能平衡的关键，光固化+热固化、共聚+交联等策略展现出良好效果。
FPI与PSPI在5G通信、先进封装、柔性电子、气体分离等领域具有明确的应用前景与产业化潜力。
未来发展方向将聚焦于成本降低、环保合规、工艺集成与功能创新，推动聚酰亚胺材料向更高性能、更广应用、更可持续的方向发展。
