[發(fā)明專利]一種氰酸酯樹脂薄膜的制備方法及其反應(yīng)設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310428724.1
• 申請(qǐng)日: 2013-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN103469174A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙雄燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C16/44
• 分類號(hào): C23C16/44
• 代理公司: 石家莊國為知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13120
• 代理人: 米文智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氰酸酯樹脂超薄膜的有機(jī)合成技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氰酸酯樹脂是一種當(dāng)前最具應(yīng)用潛力的低介電常數(shù)材料。由于氰酸酯樹脂分子結(jié)構(gòu)中的三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)高度對(duì)稱，極性極低，可在較寬的溫度范圍和頻率范圍內(nèi)均保持著低且穩(wěn)定的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切，同時(shí)又由于分子結(jié)構(gòu)中大量的苯環(huán)、芳雜環(huán)的存在和高交聯(lián)密度，使得氰酸酯樹脂的耐高溫性能非常好。此外，氰酸酯樹脂還具有較低的線性熱膨脹系數(shù)、良好的耐濕性、優(yōu)良的耐腐蝕性能、高尺寸穩(wěn)定性、與金屬有較強(qiáng)的粘和力、高阻燃性能等，非常適用于微電子行業(yè)，在電子、航空航天、大型計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星通訊、軍用通訊等領(lǐng)域，市場(chǎng)前景非常廣闊。

目前有關(guān)氰酸酯樹脂的研究多集中在用氰酸酯樹脂作為樹脂基復(fù)合材料方面，而有關(guān)制備氰酸酯樹脂薄膜并作為低介電材料的研究報(bào)道較少，主要原因?yàn)椋海?）現(xiàn)有的固化聚合反應(yīng)催化劑的催化選擇性不夠高，不能有效地使氰酸酯單體完全轉(zhuǎn)化為聚合物，同時(shí)殘存的催化劑對(duì)膜的介電性能也會(huì)造成不良影響。（2）氰酸酯單體的固化聚合反應(yīng)對(duì)雜質(zhì)敏感，雜質(zhì)對(duì)氰酸脂樹脂的固化反應(yīng)起著強(qiáng)烈的催化作用，使固化工藝難以穩(wěn)定，從而對(duì)膜的介電性能造成一定的影響。

目前制備氰酸酯樹脂薄膜的方法主要采用預(yù)聚-濕法薄膜沉積-升溫交聯(lián)固化的工藝，工藝過程復(fù)雜，條件苛刻，且由于大量使用高純度的極性溶劑，不僅成本高，而且環(huán)境污染較重，再加之固化過程中由于體積收縮，膜中極易產(chǎn)生缺陷，影響膜的質(zhì)量。另外，此法無法得到微電子行業(yè)急需的納米級(jí)的超薄膜。上述不足在一定范圍內(nèi)限制了氰酸酯樹脂薄膜在微電子領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。因此，如何制備高性能、低介電常數(shù)的氰酸酯樹脂超薄膜材料已成為國內(nèi)外學(xué)者共同面對(duì)的難題。

等離子體聚合鍍膜是一種新的薄膜制備技術(shù)。等離子體聚合制備的薄膜具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：沉積的薄膜可以從幾十納米到數(shù)微米；膜連續(xù)、無針孔；與基底黏附性好；產(chǎn)物高度交聯(lián)；穩(wěn)定的化學(xué)性能；耐熱；耐腐蝕；優(yōu)異的電性能和機(jī)械性能等。等離子體聚合要求反應(yīng)室具備較好密封性，能達(dá)到較高的真空度，并能避免真空室內(nèi)的污染。現(xiàn)有已知的等離子聚合裝置為單反應(yīng)室，能在此裝置中進(jìn)行等離子聚合的原料單體多為有機(jī)液相單體，通過導(dǎo)管將液相單體導(dǎo)入反應(yīng)室中；但是當(dāng)原料單體為固相時(shí)，存在進(jìn)料難的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種氰酸酯樹脂超薄膜的制備方法及反應(yīng)設(shè)備，所制得的薄膜介電常數(shù)低、無缺陷、質(zhì)量高；制備過程簡(jiǎn)單，易于實(shí)施，沒有環(huán)境污染，成本低。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種氰酸酯樹脂超薄膜的制備方法，其特征在于采用氰酸酯樹脂單體通過等離子體聚合生成氰酸酯樹脂超薄膜；所述制備方法的主要步驟包括：

1）基片預(yù)處理；

2）氰酸酯樹脂單體預(yù)處理；

3）氰酸酯樹脂單體等離子體聚合在基片上：所述等離子體聚合條件為壓力5～20Pa、等離子體脈沖寬度為20～100s、等離子體聚合功率為15～85W、等離子體聚合時(shí)間為20～100min。

所述基片（14）優(yōu)選重?fù)诫s的p-型硅晶片，也可以用氟化鈣基片或石英片。

所述基片（14）處理方式優(yōu)選：抽取主反應(yīng)室（1）內(nèi)的氣體至氣壓為2Pa，然后向主反應(yīng)室（1）通入高純氬氣至氣壓為80Pa，重復(fù)抽放氣體三次，調(diào)節(jié)主反應(yīng)室（1）壓力為20Pa，在放電功率80W的條件下，用氬氣等離子體對(duì)基片處理3分鐘。

所述氰酸酯樹脂單體（8）的分子結(jié)構(gòu)式為：????????????????????????????????????????????????，其中。所述氰酸酯樹脂單體預(yù)處理方式優(yōu)選：抽取副反應(yīng)室內(nèi)的氣體至氣壓為2Pa，然后向副反應(yīng)室通入高純氮?dú)庵翚鈮簽?0Pa，重復(fù)抽放氣體三次，調(diào)節(jié)副反應(yīng)室氮?dú)鈮毫?0Pa，并將單體導(dǎo)入到主反應(yīng)室中。

所述等離子體聚合步驟為：通過氮?dú)馄肯蚵?lián)通的主副反應(yīng)室通入高純氮?dú)猓{(diào)整反應(yīng)室內(nèi)氮?dú)鈮毫Γ唤油娫矗{(diào)整等離子聚合放電參數(shù)條件，開始放電，放電時(shí)間達(dá)到所需時(shí)間后，關(guān)閉電源停止放電，繼續(xù)通入高純氮?dú)庵疗鋲毫_(dá)到標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，并在此條件下保持1小時(shí)。

所述的氰酸酯樹脂超薄膜的制備方法所用的反應(yīng)設(shè)備，其特征在于包括主反應(yīng)室和副反應(yīng)室，兩反應(yīng)室并排安裝，兩反應(yīng)室間能通斷變換；所述主反應(yīng)室為等離子體聚合反應(yīng)室，主反應(yīng)室上、下壁上分別固定上電極和下電極，兩電極相對(duì)安裝，上電極和下電極兩端與脈沖射頻電源相連；所述副反應(yīng)室內(nèi)包括單體導(dǎo)入裝置；所述主反應(yīng)室和副反應(yīng)室均連有氣體抽吸裝置、氣體供給裝置和真空計(jì)。