[发明专利]一种低介电常数聚酰亚胺薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低介电常数聚酰亚胺薄膜及其制备方法。所述玻璃微球的表面改性方法：用聚酰亚胺聚合物包覆在玻璃微球的表面，使之形成一种核壳结构。然后把改性后的玻璃微球再加入到聚酰亚胺聚合物中搅拌使之分散均匀，最后在基材上涂覆成聚酰亚胺薄膜。与现有的聚合物填料表面改性技术相比，此法在简化操作步骤的同时，也避免了对填料结构和性能的破坏。改性后的玻璃微球相比改性前与聚酰亚胺基体有更好的结合力，避免了两相之间出现的界面极化现象。进而可以进一步降低其介电常数和介电损耗。使之在电子、微电子和航天航空等行业有广泛的应用。

技术领域

本发明属于聚酰亚胺复合材料领域，具体涉及到一种低介电常数聚酰亚胺薄膜及其制备方法。

背景技术

随着集成电路向着小型化、精细化方向的发展，集成电路上的互连线的相互作用引起的电阻的减小和线电容引起的延时问题成为电子行业发展亟需解决的问题。最有效的方法是研制具有超低介电常数的中间层，因此许多低介电常数材料被开发出来。然而低介电材料除了需要具有低介电常数外，还应具有良好的机械性能、热稳定性、低吸湿率和抗辐射等性能。其中，聚酰亚胺(PI)具有良好的物理化学性质成为集成电路绝缘层的候选材料，根据国际半导体协会，未来的集成电路介电常数需要在2.0以下。但是聚酰亚胺本征介电常数在3.5左右，不能满足未来行业的需求，因此降低聚酰亚胺的介电常数成为研究的热门。

根据绝缘材料介电常数公式可知，目前降低聚酰亚胺介电常数的方法主要有以下两类：一是往聚酰亚胺分子链中引入极化率低的分子或基团，目前已知所有元素中氟的极化率最低，也是研究最多的，除此之外，往聚酰亚胺分子链中引入脂肪基团也能降低其介电常数。二是往聚酰亚胺基体中引入空气，因为空气的介电常数是目前已知介电常数中最低的(k＝1)，因此在聚酰亚胺薄膜中制造孔洞或加入含有孔洞的物质，引入空气降低其介电常数。但是由于含氟的单体价格高，增加经济成本，而且含氟基团的聚酰亚胺薄膜和金属基板间的附着力很差，使其在工业化方面不能得到广泛的应用。而在聚酰亚胺基体中制造孔隙会降低其力学性能。因此，加入含有孔洞的物质是目前降低聚酰亚胺介电常数最理想的方法，但是填料物质很难在聚合物中均匀分散，聚合物填料团聚就会产生界面极化，造成聚酰亚胺复合材料介电常数的上升。

为了克服填料在聚合物中的团聚，本文发明提供了一种使填料在聚合物基体中均匀分散使其降低介电常数。此方法不仅制备工艺简单，而且也避免了对填料结构和性能的破坏。得到的聚酰亚胺薄膜具有较低的介电常数和良好的热性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种低介电常数聚酰亚胺薄膜及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：一种低介电常数聚酰亚胺薄膜及其制备方法，它通过以下方法制备得到：

(1)玻璃微球表面改性：在氮气氛围中将二胺和二酐以1:1的比例在非质子性极性溶液中反应生成聚酰胺酸溶液，然后加入质量1:1的玻璃微球搅拌充分使之聚酰胺酸充分包裹玻璃微球，在加入一定量的吡啶和三乙胺对聚酰胺酸进行亚胺化，最后用无水乙醇洗涤反应产物，烘干即可得到核壳结构的玻璃微球粒子。

(2)核壳结构玻璃微球粒子与聚酰亚胺前驱体溶液杂化：按照一定的质量比将核壳结构的玻璃微球加入非质子性极性溶液中超声分散，然后加入等摩尔比的二胺和二酐，在氮气氛围下于10℃左右反应3h，即可得到核壳结构玻璃微球粒子与聚酰亚胺前驱体溶液杂化。

(3)成膜：将上述步骤2制备的核壳结构玻璃微球粒子与聚酰亚胺前驱体杂化溶液涂覆在干净的基材上，将涂膜后的基材在100℃保温0.5h，再加热至150℃保温0.5h，再加热至250℃保温0.5h，再加热至330℃保温0.5h，然后冷却至室温，从基材上剥离即可得到低介电常数的聚酰亚胺薄膜。

进一步地，所述玻璃微球为中空玻璃微球，并且中空玻璃微球粒子尺寸在30-50μm之间。