[发明专利]聚合物复合材料嵌入式微电容及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子新材料与器件技术领域，特别涉及一种基于新型有机无机复合材料聚酰亚胺/钛酸钡(PI/BT)的嵌入式微电容的制备技术。

背景技术

电子元器件包括有源器件以及无源器件。最近几年，无源器件得到越来越多的关注。目前，绝大部分无源器件是以分立元件的形式存在，占据了基片80％左右的面积，电气性能较低，可靠性较差。嵌入式的无源器件是通过采用多层的PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)技术，将无源器件嵌入在埋层深处，以达到节省表面面积的作用。同时能够减少阻抗、提高可靠性以及提高电气性能。因此，嵌入式的无源器件具备解决这些问题的潜力。

在嵌入式无源器件中，嵌入式电容最受关注。嵌入式电容能够有助于显著减少最终产品的尺寸，提高产品的性能。

高介电材料形成的介电薄膜是嵌入式电容最重要的部分。有机/无机聚合物复合材料(即在有机基体中掺杂纳米无机颗粒)可以作为嵌入式电容的介电薄膜。它的优点是具有高的介电常数及低的损耗因子以及良好的机械性能。

为了达到较高的介电常数及较少的损耗因子，同时达到机械或者耐温等特殊要求，纳米无机颗粒的选择及比例和聚合物机体的选择尤为重要。

Cabot公司建议将60％-95％的钛酸钡分散入聚合物中(参见Sridhar Venigalla et al，Polymer matrix composites，Pub.No.US 2002/0040085A1)。并使用金属氧化物(例如Zr、Hf、Nb、Ca、La及Bi的金属氧化物)处理钛酸钡粉末的表面，形成Core-Shell结构。有机基体选自环氧树脂、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酸、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺及其混合物。

同样的，三星公司提出了钙钛矿颗粒掺入有机基体中，并使用金属氧化物例如Nb、Ca等的金属氧化物等处理钛酸钡粉末表面(参见高文志、朴殷台，聚合物-陶瓷电介质组合物、埋入式电容器及印刷电路板，中国发明专利公开号CN1959859A(2007))。

由于嵌入式微电容往往需要形成一定的图形结构，因此嵌入式微电容的制备技术也是该领域的重要方面。目前，图形化的技术参见摩托罗拉公司专利(Gregory J.Dunn，JovicaSavic，Allyson Beuhler，Min-Xian Zhang，Everett Simons，Method of manufacturingphotodefined integral capacitor with self-aligned dielectric and electrodes，U.S.Patent 6349456)所述产品。该方法中使用感光树脂做为介电薄膜，并且将感光树脂进行光刻后在有机溶剂中去除感光或未感光部分。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提供一种基于聚合物复合材料的嵌入式微电容及其制备方法，本发明可获得面积较大的、均匀致密的介电薄膜。该薄膜具有较高的介电常数，并且可以使采用该介电薄膜的嵌入式微电容在较高温度和低温下稳定工作。

本发明的特点及有益效果：

本发明使用原位聚合法分散BT粉末以提高聚酰亚胺/钛酸钡(PI/BT)复合材料的介电常数，并提供使用该材料作为介电薄膜的嵌入式微电容的制备方法。本发明采用新型的PI/BT复合材料及新的制备方法，可获得面积较大的、均匀致密的介电薄膜。该薄膜具有较高的介电常数，并且可以在较高温度和低温下稳定工作。

同Cabot公司及三星公司的同类产品比较，本发明的介电薄膜并不使用金属氧化物对钛酸钡颗粒表面进行改性，而是使用有机偶联剂改性后进行原位聚合反应，同样达到了形成Core-Shell结构，提高介电常数的目的。同时，本发明制备介电薄膜选用的有机基体，比常用的环氧树脂能够经受的温度范围更加广泛，在耐高温或者耐低温领域有更加广泛的应用。

本发明提供的PI/BT复合材料作为介电薄膜，提供包括聚合物PI及分散于聚合物中的陶瓷纳米颗粒BT形成的复合材料。其中BT纳米颗粒在聚合物中的分散过程由原位聚合法完成，达到分散均匀的目的；并加入偶联剂增强与电极的粘附性。该复合材料可在-250℃～300℃的温度下稳定工作。

本发明同时提供使用该PI/BT复合材料的嵌入式微电容的制备方法。同三星公司发明的嵌入式电容制备方法相比，本发明使用的方法与微电子工艺兼容性更好，而且更便于对薄膜图形进行精确控制，图形化后的薄膜边缘更加整齐。