[發明專利]一種低介電常數的中空碳球/環氧樹脂復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310692318.6
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN103756253B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 隋剛;李秀弟;朱明;楊小平
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K9/10;C08K7/24;C08K3/04;C08F120/14;C08F120/32
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及一種環氧樹脂復合材料，特別是涉及一種含有中空碳球的低介電常數環氧樹脂復合材料及其制備方法，屬于復合材料領域。

技術背景

隨著大規模集成電路的發展，電子器件朝著小型化、高速化、高集成度和低能耗方向發展。然而，由于層間電容、金屬導線電阻和導線間電容造成的信號延遲效應，限制了超大規模集成電路的發展，減小信號的延遲效應除了需要降低金屬導線本身的影響，還要降低絕緣介質層的影響。

環氧樹脂是一種重要的熱固性樹脂，具有良好的熱穩定性、尺寸穩定性及優良的電絕緣性能，已廣泛應用于復合材料、高性能膠粘劑、集成電路和電子封裝材料等領域。環氧樹脂是制造印制電路板用基材、覆銅箔層壓板的重要基體樹脂，但因其介電常數相對較高，不能滿足高性能層壓板的要求，無法保證信號傳輸的可靠性，急需降低環氧樹脂的介電常數以滿足其作為電子材料的應用需求。

降低環氧樹脂的介電常數，目前主要有三種途徑：第一種途徑是利用某些有機物或無機物本身的低介電常數特性，將其與環氧樹脂混合，但是一般的有機物不耐高溫，與金屬的黏附力不足，而無機粒子的引入也會影響材料體系在集成電路中的應用；第二種途徑是向樹脂中摻入特殊元素，如氟元素，能夠有效削弱材料體系的偶極子極化，從而達到降低介電常數的目的，但是這種方法操作復雜，成本較高；第三種途徑是在樹脂當中制造孔穴，利用空氣的低介電常數降低材料的平均介電常數，目前廣泛研究的低介電常數材料大多是通過第三種途徑得到。但是，如果材料中含有大量的氣孔，會導致其導熱性變差，一般只有SiO₂的幾十分之一，在微電子電路使用過程中可能會由于系統溫度的大幅升高而引發事故。同時，由于普通發泡材料的孔穴尺寸和形狀無法精確控制，會引起材料強度的大幅度下降，難以滿足電子材料生產和使用的要求。

與其他中空材料相比，微米級中空碳球具有比表面積大、比重小、耐高溫、耐酸堿、導熱、抗壓性能好和尺寸可控等一系列優點。將適當尺度和含量的中空碳球引入環氧樹脂中，可以有效地提高材料內部的孔隙率，降低環氧樹脂的介電常數，同時避免了多孔結構引起的導熱性能差的問題，從而得到滿足電子行業使用要求的低介電常數環氧樹脂復合材料。

本專利通過將不同含量的聚合物包覆中空碳球加入到環氧樹脂中，采用澆注成型的方法，制備了一種低介電常數的中空碳球/環氧樹脂復合材料。該復合材料具有輕質、低介電常數、良好的熱傳導性、尺寸穩定性和化學穩定性等優點，聚合物包覆的中空微球均勻地分散在環氧樹脂中，與樹脂基體形成有效的界面結合，保障了介電材料的安全性，適于在電子封裝材料、集成電路等領域的應用。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種低介電常數的中空碳球/環氧樹脂復合材料及其制備方法，具體技術內容如下。

一種低介電常數的中空碳球/環氧樹脂復合材料，其特征在于，所述的中空碳球/環氧樹脂復合材料為環氧樹脂中均勻分布有中空碳球，中空碳球的外面包裹一層聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸縮水甘油酯；中空碳球與環氧樹脂的質量比為1:100～1:20。

本發明上述包括以下組分和步驟：

組分1：中空碳球，粒徑為20-50um。

組分2：用于中空碳球包覆的聚合物單體，包括甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸縮水甘油酯。

組分3：在室溫～50℃范圍內為液態的環氧樹脂，包括縮水甘油醚型環氧樹脂或縮水甘油酯型環氧樹脂；

組分4：環氧樹脂固化劑，包括胺類固化劑或酸酐類固化劑。

步驟Ⅰ：在氮氣保護下，將中空酚醛微球在高溫爐中以2℃/min的升溫速率從室溫加熱到800℃～1000℃，保溫2h，然后自然冷卻至室溫，得到組分1。

步驟Ⅱ：采用原子轉移自由基聚合工藝，將組分2的聚合物包覆在組分1表面，該工藝屬于本領域的公知成熟技術，中空碳球表面的聚合物包覆層厚度為5-20nm。

步驟Ⅲ：將步驟Ⅱ得到的聚合物包覆的中空碳球加入組分3中，攪拌均勻，再與組分4充分混合并脫除氣泡，澆注在模具中加熱固化，制得中空碳球/環氧樹脂復合材料。中空碳球與環氧樹脂的質量比為1:100～1:20，環氧樹脂與固化劑按照等化學當量比進行混合，即環氧基團數量/固化劑活潑氫數量=1。