[發明專利]一種超低介電多孔聚酰亞胺薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202210241681.5
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114426698A
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 查俊偉;董曉迪;鄭明勝
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08L79/08;C08G73/10
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種超低介電多孔聚酰亞胺薄膜的制備方法。所述多孔聚酰亞胺薄膜采用芳香族二酐和二胺作為聚合單體，離子液體1?丁基?3?甲基咪唑四氟硼酸鹽([BMIM][BF₄])作為致孔劑，通過原位聚合和共混的方法制備了20～40μm的薄膜，薄膜的介電常數為1.50～2.84。聚合過程中涉及的氨基總量與酸酐基總量的摩爾比為1：1，[BMIM][BF₄]在整個體系中所占的體積分數為0～85vol％。該多孔聚酰亞胺薄膜具有超低的介電常數、良好的熱穩定性、優異的疏水和吸波性能，在柔性電路板、微電子封裝、國防及航空航天等領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本文涉及微電子技術，尤指一種超低介電多孔聚酰亞胺薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

隨超大規模電路及微電子工業的發展，電子、電器設備在愈加集成化、小型化的同時，也導致了信號傳輸延遲、串擾、損耗增加，金屬層間互聯電阻-電容增大等問題，逐漸成為限制微電子技術發展的瓶頸。根據影響信號傳輸速度和延遲時間的相關因素可知，使用低介電常數的電介質材料，能達到提高智能終端的信號傳輸速度、降低信號延遲及損失的目的。

聚酰亞胺(Polyimide,PI)作為一種以酰亞胺環為結構的高性能聚合物材料，具有優良的機械性能、耐熱性、耐腐蝕、耐輻射等被廣泛應用于微電子領域。然而，傳統聚酰亞胺的介電常數較高(ε＝3.0-3.4)無法滿足當下對所需電介質材料的要求(ε2.5)。為了獲取更低介電常數的聚酰亞胺材料，目前常用的方法包括：1)向聚合物基體中引入具有較低摩爾極化率的取代基比如氟原子；2)摻雜具有低介電常數的無機填料，比如二氧化硅；3)向聚合物基體中引入空氣孔洞(因空氣的介電常數很低，ε≈1.0)。研究表明，非多孔電介質材料很難達到ε2.0的情況，因此，通常制備多孔類電介質材料是實現超低介電常數最可能的途徑。常見的致孔工藝包括熱降解法、化學刻蝕或超臨界二氧化碳發泡法等，但易出現孔洞不可控、孔徑不均且成本工藝較高等問題。因此，設計研發新型的多孔低介電聚酰亞胺薄膜對提高集成電路性能，促進微電子產業快速發展等具有重要意義。

發明內容

為了解決上述技術問題，本申請提供了一種超低介電聚酰亞胺薄膜的制備方法，具體為一種多孔聚酰亞胺薄膜薄膜的制備，能夠彌補已有技術的缺陷。本發明產品具有如下特點：制備方法簡單、易推廣、實用性強，可以使聚酰亞胺薄膜的介電性能大大降低，并且具有優異的耐熱性、疏水性和吸波性能。

本發明提供了一種超低介電多孔聚酰亞胺薄膜，所述多孔聚酰亞胺薄膜合成所用單體為芳香族二酐和二胺；致孔劑為離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([BMIM][BF₄])。

在本發明提供的多孔聚酰亞胺薄膜中，所述聚合過程中涉及的氨基總量與酸酐基總量的摩爾比為1：1，其中致孔劑[BMIM][BF₄]在整個體系中所占的體積分數為0～85vol％。

在本發明提供的多孔聚酰亞胺薄膜中，所述聚酰亞胺薄膜的厚度為20～40μm。

在本發明提供的多孔聚酰亞胺薄膜中，所述聚酰亞胺薄膜的介電常數為1.50～2.84。

在本發明提供的多孔聚酰亞胺薄膜中，其特征在于制備方法包括以下步驟：

(1)在質量濃度為20～30％聚酰胺酸溶液中滴加入一定含量的[BMIm][BF₄]，攪拌得到均質粘稠聚酰胺酸溶液。隨后，將聚酰胺酸溶液流延到干燥的璃板上，置于真空干燥箱中除氣泡。

(2)將步驟(1)的玻璃板置于鼓風干燥箱中進行程序升溫熱處理，以實現酰胺化。

(3)待步驟(2)的玻璃板冷卻至室溫后，取出剝膜；隨后將薄膜放入[BMIM][BF₄]的良溶劑中進行浸泡；最后將浸泡后的薄膜進行真空干燥以除去表面溶劑，即可得到多孔聚酰亞胺薄膜。