一、研究背景与意义
随着摩尔定律接近物理极限，芯片微缩进程放缓，异质集成（HI）与 先进封装成为延续半导体性能提升的关键路径。先进封装系统要求介电材料具备 低介电常数（低 k）以减少信号延迟、功耗与串扰。光敏聚酰亚胺（PSPI）因其优异的热稳定性、力学强度、电绝缘性以及 可直接光刻图形化的特点，成为先进封装中极具潜力的介电材料。
二、PSPI 的化学基础与分类
2.1 化学结构
PSPI 是聚酰亚胺前驱体（如 聚酰胺酸 PAA或 聚酰胺酯 PAE）与光敏基团（如重氮萘醌 DNQ、o-硝基苄酯等）的结合体。
通过二酐与二胺的缩聚反应合成，常用单体包括 PMDA、6FDA、ODA、BTDA 等。
2.2 分类方式
| 前驱体类型 | ||
| 光刻性能 | 负性 PSPI | |
| 正性 PSPI |
三、PSPI 的关键性能与调控策略
| 介电常数（k） | |||
| 力学性能 | |||
| 热性能 | |||
| 溶解速率 | |||
| 光学透明性 | |||
| 耐水性 |
四、PSPI 在先进封装中的应用
4.1 再分布层（RDL）
PSPI 作为 层间介电材料，用于高密度互连，支持 半加成工艺（SAP），简化制程。
研究案例：
Murata 等人开发预亚胺化 PSPI，固化温度降至 170°C，晶圆翘曲降低 40%。
Tasaki 等人通过调控脂肪/芳香比例，实现 k=2.5、延伸率 140–200%、线宽 ~2 μm。
4.2 保护与功能涂层
用于 钝化层、应力缓冲层、绝缘涂层，保护芯片免受环境、机械与化学损伤。
研究案例：
Tomikawa 等人开发负性 PSPI，厚度达 16 μm，Tg=310°C，通过 b-HAST 测试。
Wei 等人研制无溶剂 PSPI 涂料，体积电阻率 6.3×10¹⁵ Ω·cm，耐盐雾 >672 h。
4.3 柔性印刷电路板（FPC）与柔性显示
PSPI 作为 覆盖层、柔性衬底，支持可弯曲电子与 MEMS 器件。
研究案例：
Ishi 等人开发低 CTE（19–24 ppm/K）PSPI 覆盖层，抑制 Cu/PSPI 层压板翘曲。
Xiao 等人在 PI 衬底上制作 MEMS 温度传感器阵列，展现良好贴合性与可靠性。
五、PSPI 在先进封装中面临的主要挑战
| CTE 不匹配 | ||
| 环境可持续性 | ||
| 高固化温度 | ||
| 缺乏自修复能力 | ||
| 介电常数仍需降低 | ||
| 图形分辨率限制 | ||
| 与 Cu 附着力差 |
六、未来发展方向与解决方案
| 降低 CTE | ||
| 降低固化温度 | ||
| 绿色化 | ||
| 降低介电常数 | ||
| 提升图形分辨率 | ||
| 增强附着力 |
七、结论与展望
PSPI 作为 高性能、可图形化的介电材料，在 RDL、钝化层、柔性电子等先进封装场景中展现巨大潜力。然而，其在 CTE 匹配、介电性能、附着力、低温固化等方面仍面临多重挑战。未来需通过 分子设计、复合材料策略、绿色合成、先进图形化技术等多路径协同创新，推动 PSPI 向 更低 k、更高可靠性、更环保、更高集成度的方向发展，以满足下一代异构集成与先进封装的需求。
