[发明专利]一种多孔低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机膜制备领域，涉及一种多孔低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法。

背景技术

随着电子信息技术的飞速发展，超大规模集成电路器件的集成度越来越高，其特征尺寸不断缩小，这会引起电阻-电容延迟上升，出现信号传输延时、干扰增强、功率损耗增大等问题，这将限制器件的高速性能。而缓解此问题的重要途径之一是降低介质材料的介电常数——即降低材料的寄生电容。聚酰亚胺即因其突出的耐高低温性能和介电性能而被大量应用于微电子工业，如芯片封装材料、屏蔽材料、柔性印制线路板的基体材料等。因此开发具有更低介电常数聚酰亚胺材料对提高集成电路的集成度、器件运行速度和稳定性具有重要意义。中国科学院杨士勇等人在传统的聚酰亚胺结构中引入含氟基团，同时在聚酰亚胺中引入孔洞有可效降低聚酰亚胺的介电常数，所制得的聚酰亚胺介电常数为2.86～2.91。但由于含氟单体制备工艺复杂，成本高，所制备聚酰亚胺价格昂贵，限制了该产品的应用和工艺的推广；众所周知，空气的介电常数为1.0，因此在聚酰亚胺薄膜中引入孔隙有利于降低材料的介电常数。Jiang等人首先通过溶胶-凝胶法制备了聚酰亚胺-氧化硅杂化薄膜，然后利用氢氟酸除去氧化硅，制得多孔的PI薄膜，其介电常数最低至1.8，但此用到腐蚀性极强的氢氟酸，工艺操作难度较大；Lee等人利用聚乙二醇功能化的倍半硅氧烷为成孔剂，制备了多孔的聚酰亚胺薄膜，孔径为10-40nm，介电常数最低为2.25。此方法能有效降低聚酰亚胺的介电常数，但新的单体、成孔剂的引入增加了生产成本和工艺控制的难度。美国杜邦(Dupont)公司开发了牌号为和的单面或双面涂氟的PI薄膜产品，其介电常数为2.7，并抢占的大量的国际市场，但该工艺技术难度大，资本投入高，所制备产品价格昂贵，产品也主要应用于高端领域。因此，寻求一种工艺简单，成本易控制的制备低介电常数聚酰亚胺薄膜的工艺方法，无论是对聚酰亚胺薄膜产业还是电子信息技术的发展具有重要的推动作用。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中低介电常数聚酰亚胺薄膜制作复杂，成本过高的问题，提供一种低介电常数，强度高，热稳定性强的聚酰亚胺薄膜的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现

1.本发明提供多孔低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)增强填料悬浊液制备

按质量百分比称取纳米碳酸钙粉末和增强填料，加入非质子性溶剂中，在高速搅拌的同时进行超声波分散，控制悬浊液质量浓度为5～20％，制成均匀稳定的悬浊液；

(2)聚酰胺酸复合溶液的制备

将上述获得的悬浊液加入聚酰胺酸聚合反应釜中，加入足量的溶剂，控制温度在10-40℃，加入芳香族二胺，进行机械搅拌，待其完全溶解后，温度在50～60℃之间，分批次小量加入等摩尔的芳香族二酐，并不断搅拌，保证聚酰胺酸复合溶液的质量浓度为15～25％，制成均匀的黏度稳定的聚酰胺酸复合溶液；

(3)聚酰亚胺薄膜的制成

采用溶液流涎法将所得聚酰胺酸复合溶液制成聚酰亚胺薄膜；

流涎方法为本领域的惯用方法；本发明采用的亚胺化温度为320-360℃。

(4)多孔聚酰亚胺薄膜

将所得聚酰亚胺薄膜缓慢经过稀盐酸溶液，除去碳酸钙颗粒，以去离子水除去薄膜表面残留物，最后干燥得多孔聚酰亚胺薄膜。

聚酰亚胺薄膜经过稀盐酸溶液的速度只要达到碳酸钙颗粒可以被稀盐酸分解即可，本发明采用的经过速度为0.1m/s-0.5m/s。

2.上述1提供的多孔低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，其中，步骤(2)芳香族二胺和芳香族二酐缩聚形成薄膜的聚酰亚胺基体，占薄膜的质量分数为80～100wt％；步骤(1)中的增强填料质量分数0％～20wt％，使用的碳酸钙粉末占最终获得薄膜的体积含量为2-20vol％。

3.上述1提供的多孔低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，其中，聚酰亚胺基体质量分数为80～90wt％，增强填料质量分数10％～20wt％。