[发明专利]一种低介电性聚苯硫醚复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子复合材料领域，确切地说是指一种低介电性聚苯硫醚复合材料及其制备方法。

背景技术

随着超大规模集成电路(ULSI)器件集成度的提高，元件极小尺寸向深亚微米发展，甚至将达到70nm水平。当器件特征尺度逐渐减小时，由于多层布线和逻辑互连层数增加达8-9层，导线间电容和层间电容以及导线电阻增加，从而使得导线电阻R和电容C产生的RC延迟会有所上升，这就限制了器件的高速性能，而且增加能耗。为了降低RC延时及功率损耗，除了采用低电阻率金属(如铜)替代铝外，重要的是降低介质层带来的寄生电容C。由于C正比于介电常数k，所以就需要开发新型的低介电常数(k＜3)材料作为绝缘材料。这些低k材料需具备以下性质：在电性能方面，要有低损耗和低泄漏电流；在机械性能方面，要有高附着力和高硬度；在化学性能方面，要能耐腐蚀和有低吸水性；在热性能方面，要有高稳定性和低收缩性。由于普遍采用的介电材料SiO₂(k＝3.9～4.2)已经不能满足ULSI发展的需求，所以多年来人们一直都在努力寻找各种合适的低介电材料。

聚苯硫醚(简称PPS)是一种综合性能优异的特种工程塑料，具有优良的耐高温、耐腐蚀、耐辐射、阻燃性和较高的机械性能，有极好的尺寸稳定性及优良的电性能，在电子信息产业应用比较广泛，适合开发低介电材料。

目前，制备PPS低介电复合材料的方法主要以机械复合为主。机械复合方法是指将低介电物质以机械共混的方式填充到塑料中去，主要应用的低介电物质有聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚芳基醚、纳米二氧化硅等。这种机械复合工艺是把用偶联剂简单处理的低介电物质添加到塑料中进行分散，然后在挤出机中熔融、挤出，最后得到改性的聚苯硫醚复合材料。在这种工艺中，低介电物质的分散性较差，也未和基体塑料充分相容，导致产品在实际应用中，介电性能并未达到要求。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种低介电性聚苯硫醚复合材料及其制备方法，具有力学性能和电气绝缘性能高且稳定、加工工艺简便、材料应用领域广泛等优点。

为了解决以上的技术问题，本发明提供的低介电性聚苯硫醚复合材料，包括以下原料组分：

聚苯硫醚30％-60％，玻璃纤维10-50％，偶联化表面处理的低介电性无机填料0.5％-5％，聚四氟乙烯5-40％，相容剂0.5-5％，以上原料组分为按重量配比。

优选地，所述聚苯硫醚的分子量在30000～40000，氯离子含量在1000ppm以下。

优选地，所述无机填料为二氧化硅或硅酸盐类中的一种或组合。

优选地，所述二氧化硅或硅酸盐类中二氧化硅的含量为40％-100％，粒径为0.01～1μm。

优选地，所述相容剂为聚烯烃均聚物或聚烯烃共聚物中的一种或组合。

另外，本发明还一种低介电性聚苯硫醚复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)低介电性无机填料的偶联化表面处理：将无机填料在偶联剂、无水乙醇的混合溶液中充分浸润10-20mi n，处理温度30-50℃，使偶联剂充分与无机填料表面反应，经热空气干燥得到所述偶联化表面处理的无机填料；其中三者的配比为：60％-70％的无机填料，2％-10％的偶联剂，20％-30％的无水乙醇；

2)按权利要求1所述的重量配比称取聚苯硫醚树脂以及步骤1)偶联化表面处理的低介电性无机填料、聚四氟乙烯、相容剂一起投入到高速混合机中干混5-10分钟，控制搅拌速度为1000-2000rpm，搅拌桶温度为30-50℃；

3)将步骤2)中混好的物料投入到双螺杆挤出机的加料斗中，玻璃纤维由侧喂料口加入，控制螺杆转速70-100rpm，加工各区温度从240-340℃，停留时间2-5min，机头压力为4-7Mpa，经熔融挤出、水冷却，牵引到切粒机造粒。

优选地，所述无机填料为二氧化硅或硅酸盐类中的一种或组合。

优选地，所述二氧化硅或硅酸盐类中二氧化硅的含量为40％-100％，粒径为0.01～1μm。

优选地，所述相容剂为聚烯烃均聚物或聚烯烃共聚物中的一种或组合。

优选地，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或硅氧烷偶联剂中的一种或组合。

与现有技术相比，本发明提供的低介电性聚苯硫醚复合材料及其制备方法，具有力学性能和电气绝缘性能高且稳定、加工工艺简便、材料应用领域广泛等优点，具体而言，具有以下有益效果：