[发明专利]一种低介电聚酰亚胺薄膜及其制备方法

说明书

本发明提出了一种低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括将聚丙烯酸和十六烷基三甲基溴化铵作为双模板剂，正硅酸乙酯作为硅源，采用模板法制备出“核‑壳”结构微球，再煅烧除去模板剂，得到多孔纳米粒子；再将该多孔纳米粒子与氨基硅烷偶联剂进行反应，得到表面氨基修饰的多孔纳米粒子；接着将该表面氨基修饰的多孔纳米粒子与二胺以及二酐单体进行聚合反应，得到含多孔纳米粒子的聚酰亚胺前体溶液；最后将该含多孔纳米粒子的聚酰亚胺前体溶液进行热亚胺化并成膜，得到所述低介电聚酰亚胺薄膜。本发明所述低介电聚酰亚胺薄膜，通过将多孔纳米粒子均匀分散在聚酰亚胺中，使所得聚酰亚胺薄膜的介电常数得以有效降低。

技术领域

本发明涉及绝缘材料技术领域，尤其涉及一种低介电聚酰亚胺薄膜及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺以其优良的性能在微电子工业得到了广泛的应用。然而，一般聚酰亚胺的介电常数在3.0-3.4左右，远远不能满足亚微米器件所精要的介电常数值。为此，科技工作者对聚酰亚胺介电性能的开发研究给予了高度重视，使低介电常数聚酰亚胺研究与应用得以迅速发展。

目前，现有技术中降低聚酰亚胺介电常数的方法主要包括：

(1)引入电子极化度低的氟原子或含氟基团：在聚酰亚胺的分子主链中引入氟原子或含氟基团，能够降低其极化能力，达到降低介电常数的目的，但含氟聚酰亚胺的合成过程复杂，而且会导致薄膜的力学性能下降，影响应用效果；

(2)引入低介电常数聚合物嵌段或脂肪链，但此法对降低聚酰亚胺的介电常数改善非常有限。

(3)在聚酰亚胺中引入微孔及制备聚酰亚胺多孔材料：在聚酰亚胺制备过程中制造纳米空洞或介孔结构，目的是在聚酰亚胺中引入空气(介电常数约为1.0)是降低其介电常数的行之有效的方法，并且可以通过调节孔隙率和孔尺寸可对材料的介电性能进行调控。

现有工艺中，以方法(3)来降低聚酰亚胺介电常数受到众多的关注，也是近年来研究的热点。但是，受限于选定的介孔材料的性能影响，以及材料分散过程中不均匀等问题，其对于聚酰亚胺材料的介电性能改善效果并不十分理想。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种低介电聚酰亚胺薄膜及其制备方法，通过将多孔纳米粒子均匀分散在聚酰亚胺中，使所得聚酰亚胺薄膜的介电常数得以有效降低。

本发明提出的一种低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括如下步骤：

S1、将聚丙烯酸和十六烷基三甲基溴化铵作为双模板剂，正硅酸乙酯作为硅源，采用模板法制备出“核-壳”结构微球，再煅烧除去模板剂，得到多孔纳米粒子；

S2、将所述多孔纳米粒子与氨基硅烷偶联剂进行反应，得到表面氨基修饰的多孔纳米粒子；

S3、将所述表面氨基修饰的多孔纳米粒子与二胺以及二酐单体进行聚合反应，得到含多孔纳米粒子的聚酰亚胺前体溶液；

S4、将所述含多孔纳米粒子的聚酰亚胺前体溶液进行热亚胺化并成膜，得到所述低介电聚酰亚胺薄膜。

优选地，聚丙烯酸和十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:3-8，聚丙烯酸与正硅酸乙酯的质量体积比为1g:40-60mL。

优选地，所述多孔纳米粒子与氨基硅烷偶联剂的质量比为1:0.05-0.3。

优选地，所述二胺单体为4，4'-二氨基二苯醚、3，4'-二氨基二苯醚、4，4'-二氨基二苯硫醚、4，4'-二氨基二苯基甲烷、3，3'-二氨基二苯基砜或4，4'-二氨基二苯基砜中的至少一种；

所述四羧酸二酐单体为3，3'，4，4'-联苯四羧酸二酐、3，3'，4，4'-二苯醚四甲酸二酐、3，3'，4，4'-二苯甲酮四羧酸二酐、3，3'，4，4'-二苯砜四酸二酐或双酚A二酐中的至少一种。