隨著半導體封裝技術、高頻通訊電路與可撓式顯示器的快速發展，傳統絕緣材料在熱膨脹、尺寸安定性以及加工性上逐漸暴露出限制。東洋紡株式會社（TOYOBO）及東洋紡MC株式會社服務的前田鄉司，在課程中介紹了聚醯亞胺薄膜基板材料的製程，以及高耐熱聚醯亞胺薄膜XENOMAX®的特性，並分享了其在先進電子封裝、高頻電路以及可彎曲顯示器製程中的應用潛力。
聚醯亞胺薄膜基板材料的製程
聚醯亞胺薄膜（Polyimide，簡稱PI）依製作方法不同，可分為溶融製膜（或二軸延伸法）與溶液製膜法。不同的製程會影響高分子鏈的排列與薄膜均質性，進而決定材料的熱穩定性、彈性模數以及表面平滑度。
高耐熱聚醯亞胺薄膜 XENOMAX®
前田鄉司指出，XENOMAX®在廣泛溫度範圍內保持極低的熱膨脹係數（CTE），約為 3 ppm/K，接近矽晶片的水平。與傳統PI-A、PI-B相比，其加熱變形和熱收縮率明顯降低，而且薄膜正反面熱收縮率差異極小，因此製程中翹曲現象得到有效抑制。
他進一步說明，XENOMAX®的低CTE可透過吊墜模型（Pendant Model） 來理解：當溫度上升時，直鏈高分子沿鏈方向產生微縮，抵消體積膨脹，從而維持整體低膨脹的特性。此外，XENOMAX® 的彈性模數隨溫度上升下降幅度非常小，在約 330°C附近仍無明顯轉移點，表現出高溫下穩定的機械性能。
XENOMAX® 已通過美國 UL 認證，是全球最薄的無鹵阻燃薄膜。一般聚醯亞胺薄膜中會添加潤滑劑微粒以提升滑動性，但這些微粒會在薄膜表面形成微細突起，影響表面平滑度。XENOMAX® 不使用潤滑劑，因此表面極為平整，非常適合 TFT 與微型顯示器等高精度製程。
圖：XENOMAX®（TOYOBO）
在半導體高密度封裝領域，CTE不匹配是主要挑戰。傳統的有機／無機複合雖能降低 CTE，但加工性下降、絕緣層不均質，以及材料間應力集中等問題仍然存在。前田鄉司表示，使用 XENOMAX® 作為基板核心層材料，可將基板 CTE 從約 17 ppm/K 降至 3 ppm/K，與晶片匹配。堆疊層亦可採用 XENOMAX®，厚度可達 2 毫米，不僅強度高、彈性模數佳，且易於雷射或機械加工，顯著改善封裝製程的可靠性與可操作性。
在高頻電路基板中，微帶線結構上下兩面的導體覆蓋率不對稱，如果絕緣層 CTE 與銅箔不匹配，冷卻後會產生翹曲，影響信號傳輸。鐵氟龍（PTFE）因具優異電氣特性而被廣泛使用，但其高 CTE 導致冷卻後變形明顯。前田鄉司認為，氟樹脂與 XENOMAX® 局部複合可有效降低翹曲，同時保持高頻電氣特性與低介電常數與損耗。XENOMAX® 可耐 400°C，加工穩定，並可與 PTFE 貼合，達到上下兩面導體的熱膨脹匹配。
在可彎曲顯示器製程中，透過表面化學鍵結使 XENOMAX® 薄膜在無需接著劑的情況下完成高溫貼合與脫離，可應用於 Mini LED 顯示器、電子紙以及無芯基板製程，並具有延伸到高密度封裝製造的潛力。