[发明专利]一种抗水、低介电聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种抗水、低介电聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法与应用，具体涉及低介电材料技术领域。选择合适的POSS及用量，将其与两亲性物质和聚酰亚胺同时溶解在有机溶剂中制备含POSS的有机溶液，有机溶液与去离子水按照比例进行混合、乳化，制备同时含聚酰亚胺和POSS的微乳液，将此微乳液在一定条件下浇筑在合适的基底上，微米级的水相在有机溶液中进行自组装，呈现出有序的六方堆积排列，水相和有机溶剂挥发完全后，得到有序的多级多孔抗水、低介电聚酰亚胺复合薄膜。本发明制备方法操作简便、成本低、无毒、无模板残留和结构易于控制等优势，而且，该复合薄膜作为较高湿度环境下的封装材料在微电子和5G领域中的应用。

技术领域

本发明涉及低介电材料技术领域，特别是涉及一种抗水、低介电聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

随着电子封装、微电子尤其是5G通讯技术的快速发展，高性能低介电材料由于可以降低线间串扰噪音、能量损耗和信号延迟等，进而可以保证信号传输的完整性、准确性和速度，从而吸引了大量的研究注意。有机聚合物相比于传统的无机低介电材料来说具有明显的优势，其中聚酰亚胺由于具有优异的介电性能、热稳定性和机械性能被广为应用。然而，商业化聚酰亚胺的介电常数通常大于3，这不能满足日益提高的微电子和5G领域的需求。因此，亟需发展降低聚酰亚胺薄膜介电常数的方法。同时，由于水滴的介电常数较高，其在低介电材料表面吸附会造成材料介电性能的损坏，影响材料的性能和寿命。

一般而言，降低偶极强度和偶极数被认为是两种降低聚合物材料介电常数的有效方法。为了降低聚合物的偶极强度，经常引入一些低极化率基团，其中C-F键最为常见，其引入也有利于薄膜疏水性和抗水性能的提升。Feng等将氟化石墨烯和氟化聚酰亚胺结合(J.Mater.Chem.C,2018,6,6378–6384)，通过引入含氟取代基实现薄膜介电常数和吸水率的同步降低。Fang等以氟化的生物基丁子香酚为原料制备得到氟化降冰片烯(ACSSustainable Chem.Eng.2019,7,4078-4086)，由于氟化基团的引入，薄膜介电常数被降至2.65以下。虽然C-F键的引入对于聚合物薄膜介电常数的降低甚至是吸水率的降低具有显著的作用，但是其通常涉及复杂的合成步骤，昂贵的实验原料以及较低的产率，而且可能会造成薄膜其他性能的破坏。

另一方面，为了降低偶极数，经常在聚合物链中引入大体积基团和分子来增加其自由体积，进而降低材料密度。Zhang等通过在聚酰亚胺侧链引入不同数目的苯环(J.Mater.Chem.C,2017,5,12807–12815)，实现聚酰亚胺薄膜介电常数的不同程度降低。研究者们在进行聚合物的分子设计时，也会考虑充分利用聚合物的二级驰豫来增加其自由体积，进而实现聚合物介电常数的有效降低(Macromolecules,2019,52,4601–4609)。与C-F键相类似，这些大体积基团的引入也会涉及复杂的制备工艺，高成本和低产率，而且某些基团的引入还会影响薄膜的抗水性能。

引入多孔结构是降低材料密度的另一种有效方法，而且由于多孔结构中存在大量介电常数为1的空气，聚合物薄膜的介电常数会被有效降低(Int.J.Mol.Sci.,2013,14,8698-8707)。常见的制备多孔结构的方法包括胶体模板法、软刻蚀法、相分离法和无机粒子模板法等(Macromolecules,2013,46,2275-2281；Phys.Chem.Chem.Phys.,2015,17,2416；Materials and Design,2017,117,150–156)。然而这些方法通常涉及复杂苛刻的模板去除步骤、并且存在模板去除不完全和多孔结构不可控制等问题。

所以研究制备抗水性能优异的低介电聚酰亚胺薄膜尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗水、低介电聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法与应用，以解决上述现有技术存在的低介电聚酰亚胺薄膜制备方法中步骤复杂、成本高、产率低、有毒物质的使用和结构不可控等问题。