[發明專利]三明治結構的超低介電常數膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201010143351.X
• 申請日: 2010-03-11
• 公開（公告）號: CN102189724A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 楊揚;趙超越;陳橋;吳剛
• 申請（專利權）人: 東麗纖維研究所(中國)有限公司
• 主分類號: B32B27/06
• 分類號: B32B27/06;B32B27/34;B32B27/20;C08L79/08
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技術領域

本發明屬于聚合物介電材料領域，具體涉及一種具有三明治結構的超低介電常數膜及其制備方法。

背景技術

作為一種有著優良綜合性能的有機高分子材料，聚酰亞胺(PI)在微電子工業中廣泛用于芯片表面的鈍化與封裝材料、多層布線的層間絕緣材料和柔性印制電路板的基體材料等。但隨著超大規模集成電路尺寸的逐漸縮小，金屬互連的電阻、電容(Rc)延遲以近似二次方增加，導致信號傳輸延遲和串擾，直接影響器件的性能。為了降低因信號傳輸延遲和串擾及介電損失而導致的功耗增加，滿足信號傳遞的高速化，進一步提高電子線路的功能，除了要求PI具有優異的耐熱性能、力學性能、化學穩定性和耐溶劑性以外，還要具有更低的介電常數。而目前商品化的聚酰亞胺膜的介電常數在3.2～4.0左右，遠不能滿足要求。

目前降低聚酰亞胺介電常數最有效的方法是在基體中引入微孔，制備聚酰亞胺多孔材料。但存在工藝復雜，制備成本高，孔形狀、大小、孔隙率調控比較困難等問題。且在介電常數降低的同時，基體材料聚酰亞胺本身的力學性能和耐熱性能都將有不同程度下降。

專利CN200610131651.X首次利用靜電紡絲法制備了具有大孔隙率的低介電常數高分子纖維膜，比常規的多孔膜制備方法更為簡便可控，且所得膜的介電常數更低(＜1.8)。但在實際研究中發現，因為單一的電紡膜由大量纖維堆積而成，疏松的結構導致材料的親水性和吸水率很大，而且膜的強度過低、穩定性不好，不利于在實際工藝中的使用。專利200610053038.0曾嘗試用表面浸漬的方法來平整、致密多孔膜的表層，但該方法容易導致孔道被填或者表面不夠平整、致密，較難控制。

發明內容

為了解決上述問題，本發明通過對材料結構及制備工藝的調整克服了單一電紡膜的諸多問題，且保持了較低的介電常數，且所得樣品的上下表面平整、致密。

本發明的目的是提供一種具有特殊三明治結構的超低介電常數膜，從而改善現有靜電紡絲膜在實際應用中的不足。

本發明的另一目的是提供上述三明治結構的超低介電常數膜的制備方法。

本發明的目的可以通過以下措施達到：

三明治結構的超低介電常數膜，包含三層結構，依次為致密層1//電紡層//致密層2；其中，所述致密層1和致密層2分別獨立為聚酰亞胺膜或者聚酰亞胺/納米無機填料雜化膜，致密層1和致密層2可以相同或不同。而電紡層由聚酰胺酸或者聚酰胺酸/納米無機填料雜化溶液制得的聚酰亞胺多孔膜或者聚酰亞胺/納米無機填料雜化多孔膜。所述的超低介電常數膜的介電常數為1.3-2.5。

其中，添加的納米無機填料可以選自于硅系納米無機填料，如：納米二氧化硅、多孔二氧化硅、低聚倍半硅氧烷及介孔分子篩等，其中考慮到納米無機填料與基體的相容性及電紡液的穩定性，本發明優選為低聚倍半硅氧烷或者介孔分子篩，納米無機填料相對該層聚酰亞胺的含量為0-5wt％。如果含量高于5wt％，可能會導致雜化體系交聯或者不能均勻分散，進一步導致電紡膜不均勻和致密膜不平整。

本發明還提供一種制備上述三明治結構的超低介電常數膜的方法，它包括以下步驟：

1)將聚酰胺酸溶液或聚酰胺酸/納米無機填料雜化溶液流延成膜，并脫除溶劑，得到聚酰胺酸或聚酰胺酸/納米無機填料雜化致密膜；

2)利用靜電紡絲裝置，以聚酰胺酸或聚酰胺酸/納米無機填料雜化致密膜為底膜，將聚酰胺酸或聚酰胺酸/納米無機填料雜化溶液直接電紡在底膜上，制成復合膜；所述復合膜為聚酰胺酸電紡膜//聚酰胺酸致密膜；聚酰胺酸/納米無機填料雜化電紡膜//聚酰胺酸致密膜；聚酰胺酸電紡膜//聚酰胺酸/納米無機填料致密膜；或聚酰胺酸/納米無機填料雜化電紡膜//聚酰胺酸/納米無機填料致密膜；

3)將相同或不同的兩片上述復合膜貼合，使電紡層貼電紡層，并在外側施加一定壓力下進行熱處理，將其亞酰胺化，形成具有“三明治”結構的致密層1//電紡層//致密層2的超低介電常數膜；

其中，添加的納米無機填料可以選自于硅系納米無機填料，如：納米二氧化硅、多孔二氧化硅、低聚倍半硅氧烷及介孔分子篩等，其中考慮到納米無機填料與基體的相容性及電紡液的穩定性，本發明優選為低聚倍半硅氧烷或者介孔分子篩，納米無機填料相對該層聚酰亞胺的含量為0-5wt％。如果含量高于5wt％，可能會導致雜化體系交聯或者不能均勻分散，進一步導致電紡膜不均勻和致密膜不平整。

該三明治結構的超低介電常數膜的介電常數為1.3-2.5。