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一種多孔低介電聚酰亞胺薄膜的制備方法

文檔序號:8933362閱讀:452來源:國知局
一種多孔低介電聚酰亞胺薄膜的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機膜制備領域,涉及一種多孔低介電聚酰亞胺薄膜的制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電子信息技術的飛速發(fā)展,超大規(guī)模集成電路器件的集成度越來越高,其特 征尺寸不斷縮小,這會引起電阻-電容延遲上升,出現(xiàn)信號傳輸延時、干擾增強、功率損耗 增大等問題,這將限制器件的高速性能。而緩解此問題的重要途徑之一是降低介質(zhì)材料 的介電常數(shù)一一即降低材料的寄生電容。聚酰亞胺即因其突出的耐高低溫性能和介電性 能而被大量應用于微電子工業(yè),如芯片封裝材料、屏蔽材料、柔性印制線路板的基體材料 等。因此開發(fā)具有更低介電常數(shù)聚酰亞胺材料對提高集成電路的集成度、器件運行速度和 穩(wěn)定性具有重要意義。中國科學院楊士勇等人在傳統(tǒng)的聚酰亞胺結構中引入含氟基團,同 時在聚酰亞胺中引入孔洞有可效降低聚酰亞胺的介電常數(shù),所制得的聚酰亞胺介電常數(shù)為 2. 86~2. 91。但由于含氟單體制備工藝復雜,成本高,所制備聚酰亞胺價格昂貴,限制了該 產(chǎn)品的應用和工藝的推廣;眾所周知,空氣的介電常數(shù)為1. 0,因此在聚酰亞胺薄膜中引入 孔隙有利于降低材料的介電常數(shù)。Jiang等人首先通過溶膠-凝膠法制備了聚酰亞胺-氧 化硅雜化薄膜,然后利用氫氟酸除去氧化硅,制得多孔的PI薄膜,其介電常數(shù)最低至1.8, 但此用到腐蝕性極強的氫氟酸,工藝操作難度較大;Lee等人利用聚乙二醇功能化的倍半 硅氧烷為成孔劑,制備了多孔的聚酰亞胺薄膜,孔徑為10_40nm,介電常數(shù)最低為2. 25。此 方法能有效降低聚酰亞胺的介電常數(shù),但新的單體、成孔劑的引入增加了生產(chǎn)成本和工藝 控制的難度。美國杜邦(Dupont)公司開發(fā)了牌號為Kapton sFWR和KaptoneFN的單面或 雙面涂氟的PI薄膜產(chǎn)品,其介電常數(shù)為2. 7,并搶占的大量的國際市場,但該工藝技術難度 大,資本投入高,所制備產(chǎn)品價格昂貴,產(chǎn)品也主要應用于高端領域。因此,尋求一種工藝簡 單,成本易控制的制備低介電常數(shù)聚酰亞胺薄膜的工藝方法,無論是對聚酰亞胺薄膜產(chǎn)業(yè) 還是電子信息技術的發(fā)展具有重要的推動作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術中低介電常數(shù)聚酰亞胺薄膜制作復雜,成本過高的 問題,提供一種低介電常數(shù),強度高,熱穩(wěn)定性強的聚酰亞胺薄膜的制備方法。
[0004] 本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)
[0005] 1.本發(fā)明提供多孔低介電聚酰亞胺薄膜的制備方法,該方法包括以下步驟:
[0006] (1)增強填料懸濁液制備
[0007] 按質(zhì)量百分比稱取納米碳酸鈣粉末和增強填料,加入非質(zhì)子性溶劑中,在高速攪 拌的同時進行超聲波分散,控制懸濁液質(zhì)量濃度為5~20%,制成均勻穩(wěn)定的懸濁液;
[0008] ⑵聚酰胺酸復合溶液的制備
[0009] 將上述獲得的懸濁液加入聚酰胺酸聚合反應釜中,加入足量的溶劑,控制溫度在 10-40°C,加入芳香族二胺,進行機械攪拌,待其完全溶解后,溫度在50~60°C之間,分批 次小量加入等摩爾的芳香族二酐,并不斷攪拌,保證聚酰胺酸復合溶液的質(zhì)量濃度為15~ 25 %,制成均勻的黏度穩(wěn)定的聚酰胺酸復合溶液;
[0010] ⑶聚酰亞胺薄膜的制成
[0011] 采用溶液流涎法將所得聚酰胺酸復合溶液制成聚酰亞胺薄膜;
[0012] 流涎方法為本領域的慣用方法;本發(fā)明采用的亞胺化溫度為320-360°C。
[0013] (4)多孔聚酰亞胺薄膜
[0014] 將所得聚酰亞胺薄膜緩慢經(jīng)過稀鹽酸溶液,除去碳酸鈣顆粒,以去離子水除去薄 膜表面殘留物,最后干燥得多孔聚酰亞胺薄膜。
[0015] 聚酰亞胺薄膜經(jīng)過稀鹽酸溶液的速度只要達到碳酸鈣顆??梢员幌←}酸分解即 可,本發(fā)明采用的經(jīng)過速度為0. lm/s-o. 5m/s。
[0016] 2.上述1提供的多孔低介電聚酰亞胺薄膜的制備方法,其中,步驟(2)芳香族二 胺和芳香族二酐縮聚形成薄膜的聚酰亞胺基體,占薄膜的質(zhì)量分數(shù)為80~lOOwt% ;步驟 (1)中的增強填料質(zhì)量分數(shù)〇 %~20wt %,使用的碳酸鈣粉末占最終獲得薄膜的體積含量 為 2-20vol%。
[0017] 3.上述1提供的多孔低介電聚酰亞胺薄膜的制備方法,其中,聚酰亞胺基體質(zhì)量 分數(shù)為80~90wt%,增強填料質(zhì)量分數(shù)10%~20wt%。
[0018] 4.上述1提供的多孔低介電聚酰亞胺薄膜的制備方法,其中,步驟(2)所述的芳香 族二胺為4,4' -二氨基二苯醚(ODA)、3,4' -二氨基二苯醚、對苯二胺(PDA)、間苯二胺、4, 4' -二氨基二苯甲烷(MDA)、二氨基二苯甲酮、4,4' -二(4-氨基苯氧基)二苯砜(BAPS)、 1,3' -雙(3-氨基苯氧基)苯、4,4' -二(4-氨基苯氧基)二苯甲酮(BABP)、二氨基二苯 基砜、4,4' -二氨基-二苯氧基-4',4-二苯基異丙烷中的一種或任意兩種的混合物;所述 芳香族二酐為均苯四甲酸二酐(PMDA)、3, 3',4,4'-聯(lián)苯四甲酸二酐(BPDA)、二苯酮甲酸二 酐、異構二苯硫醚二酐中的一種或兩種。
[0019] 5.上述1提供的多孔低介電聚酰亞胺薄膜的制備方法,其中,所述非質(zhì)子性溶劑 為Ν,Ν'-二甲基乙酰胺(DMc)或Ν,Ν'-二甲基甲酰胺(DMF)或Ν' -甲基吡咯烷酮(NMP)。
[0020] 6.上述1提供的多孔低介電聚酰亞胺薄膜的制備方法,其中,超聲波分散時超聲 波頻率 40kHz ~100kHz,60 時間 30 ~60min ;攪拌速度為 2000r/min-3000r/min。
[0021] 7.上述1-6任一項提供的多孔低介電聚酰亞胺薄膜的制備方法,其中,所述增強 填料為納米二氧化娃,粒徑< 2 μ m。
[0022] 8.上述7提供的多孔低介電聚酰亞胺薄膜的制備方法,其中,所述納米二氧化硅 粒徑為20-100nm,優(yōu)選地,粒徑為20~40nm。
[0023] 9.上述8提供的多孔低介電聚酰亞胺薄膜的制備方法,其中,納米碳酸鈣粉末粒 徑< 2 μ m,制成后的薄膜具有孔徑尺寸< 2 μ m的微孔。
[0024] 10.上述9提供的多孔低介電聚酰亞胺薄膜的制備方法,其中,碳酸鈣粉末粒徑 為20-100nm,制成后的薄膜具有孔徑尺寸為20-100nm的微孔;優(yōu)選地,碳酸鈣粉末粒徑為 20-40nm,制成后的薄膜具有孔徑尺寸為20-40nm的微孔。
[0025] 有益效果:
[0026] 1.本發(fā)明以碳酸鈣作為造孔劑原料,以稀鹽酸除去碳酸鈣后獲得多孔薄膜,原料 簡單易得,不需要復雜操作;同時,通過控制碳酸鈣的含量和粒徑,可以直接控制薄膜的孔 徑和孔隙率,能夠制備多種性能優(yōu)良的多孔低介電聚酰亞胺薄膜。
[0027] 2.通過試驗測得,通過本發(fā)明制得的多孔低介電聚酰亞胺薄膜最低介電常數(shù)可 以達到2. 6,而拉伸強度仍保持較高的拉伸強度為160MPa,說明本發(fā)明提供的薄膜具有優(yōu) 良的性狀,可以應用電工、電子工業(yè)行業(yè)的基體材料,尤其適用于大規(guī)模集成電路的電子材 料。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合實施例對本發(fā)明做進一步說明,下列實施例中未注明具體條件的實驗方 法,通常按照本領域的公知手段。
[0029] 實施例1
[0030] (1)碳酸鈣懸濁液制備
[0031] 采用山西芮城華納納米材料有限公司生產(chǎn)的粒徑為IOOnm的納米碳酸鈣4. 5kg, 加入非質(zhì)子性溶劑DMAc中,40kHz超聲波分散條件下,攪拌速度2000r/min,充分攪拌 30min,制成穩(wěn)定的懸池液,保證碳酸1?懸池液質(zhì)量濃度為5%。
[0032] (2)聚酰胺酸復合溶液的制備
[0033] 將上述獲得的懸濁液加入聚酰胺酸聚合反應釜中,補加足量溶劑,控制溫度在 40°C,加入20kg的0DA,
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