聚酰亞胺（PI）憑借其高熱穩定性、機械強度、耐化學性、介電性能和生物相容性等綜合特性，已廣泛應用于微電子、傳感器、儲能、生物醫學和航空航天等領域。作為一類重要的商業化聚合物，聚酰亞胺被制造為薄膜、纖維、泡沫、復合材料和粘合劑等形式。

聚酰亞胺納米纖維和納米復合纖維具有各種高價值的應用，例如氣體分離膜、電池隔膜以及組織支架等。自20世紀90年代以來，聚酰亞胺薄膜已被應用于MEMS傳感器件的開發。2021年，全球聚酰亞胺薄膜市場規模達到了22億美元，聚酰亞胺薄膜被用于各種高科技領域，包括太陽能電池、柔性顯示器、柔性印刷電路板、器件封裝以及柔性傳感器等等。

不過，迄今為止聚焦聚酰亞胺薄膜微制造（microfabrication）技術的綜述還很少。1994年，Frazier等人回顧了用于制造金屬微結構的光敏聚酰亞胺和等離子體蝕刻工藝。1995年，Frazier討論了石墨/聚酰亞胺復合材料的傳感器應用。2007年，一篇關于微型傳感器和執行器新材料的綜述介紹了聚酰亞胺的加工技術，包括濕法蝕刻、干法蝕刻、光刻和激光燒蝕等。2016年，Kim和Meng綜述了聚合物微制造技術的發展，其中簡要討論了聚酰亞胺的微制造策略。

隨著MEMS和柔性電子技術的迅速發展，近年報道了一系列聚酰亞胺薄膜和納米復合薄膜的制造新技術。例如，激光誘導石墨烯（LIG）技術已被廣泛用于機械和化學傳感器。聚酰亞胺薄膜的干法刻蝕和應力誘導自組裝策略也已廣泛應用于可拉伸電子器件和柔性3D微器件。

聚酰亞胺的熱鍵合和粘合劑鍵合在微流控、柔性傳感器和MEMS異質集成中展示了各種應用。因此，很有必要回顧聚酰亞胺傳統微機械加工技術的30多年積累，全面總結近年新開發的制造策略。

據麥姆斯咨詢介紹，北京航空航天大學蔣永剛教授課題組近期系統地總結了成膜、材料轉換、微圖案化和3D微加工背后的聚酰亞胺微制造技術。此外，還重點介紹了聚酰亞胺微制造技術在MEMS傳感器和柔性電子器件中的代表性應用。該研究成果已經以“Microfabrication of functional polyimide films and microstructures for flexible MEMS applications”為題發表于Microsystems & Nanoengineering期刊。

聚酰亞胺微制造技術及其應用

聚酰亞胺真空輔助旋涂和氣相沉積

通過聚酰亞胺熱解的柔性傳感器

聚酰亞胺的微圖案化

為了滿足柔性MEMS對聚酰亞胺微結構日益增長的需求，已經開發了各種微圖案化技術，包括光刻、干法蝕刻、濕法蝕刻、激光蝕刻和圖案轉移。研究人員總結了這些微圖案化方法的機理和技術細節。

利用干法蝕刻進行聚酰亞胺圖案化

圖案化聚酰亞胺的器件應用

3D聚酰亞胺結構的微制造

利用傳統MEMS技術獲得3D結構一直存在技術挑戰。研究人員總結了3D聚酰亞胺結構的鍵合和自組裝過程。此外，還討論了基于聚酰亞胺管的微制造技術所取得的進展。

聚酰亞胺3D結構

總結與展望

聚酰亞胺2D/3D微結構在MEMS傳感器和柔性電子領域的廣泛新興應用，為總結成熟的微制造技術并開發新的微制造和組裝方法提供了動力。研究人員聚焦聚酰亞胺微制造，介紹了其沉積、圖案化、鍵合和組裝技術及其各自應用。

盡管MEMS技術的悠久歷史為聚酰亞胺的微制造奠定了堅實的基礎，但隨著材料科學的創新和柔性電子技術的迅速發展，興起了新的制造方法，如聚酰亞胺納米復合膜EBD、基于FEP的聚酰亞胺鍵合以及聚酰亞胺管實驗室等。

技術挑戰包括高分辨率PSPI的開發、聚酰亞胺與各種聚合物的集成、局部LIG和EBD工藝均勻水平的提高、HAR聚酰亞胺微結構的等離子體蝕刻以及3D聚酰亞胺器件的批量制造等。

基于新型聚酰亞胺的多模態柔性傳感器、微導管和軟機器人存在巨大的市場機遇，需要聚酰亞胺制造技術的不斷進步。研究人員認為，一個潛在的技術方向是在中等溫度下在聚酰亞胺膜上沉積功能性有機/無機材料，以擴展基于聚酰亞胺的傳感器和執行器的換能機制。

另一種重要的制造技術是具有高空間分辨率聚酰亞胺微結構的3D或4D打印，為開發多功能聚酰亞胺器件提供一種通用方法。過去幾十年來，硅基MEMS與集成電路的集成在技術演進中取得了巨大成功，賦予產品高附加值。

同樣，聚酰亞胺傳感器與柔性電子器件的集成也存在巨大的需求和機遇。研究人員預計，通過標準化聚酰亞胺的微制造工藝和其他智能材料的異質集成，有望迎來聚酰亞胺基柔性傳感器、電子器件及集成系統的新時代。

審核編輯：劉清