[发明专利]一种多官能度有机酸酐及低介电常数超支化聚酰亚胺薄膜

说明书

本发明公开了一种多官能度有机酸酐及低介电常数超支化聚酰亚胺薄膜，所述的低介电常数超支化聚酰亚胺薄膜由芳香二元酸酐、芳香二元胺及多官能度有机酸酐聚合而成，聚合过程中，总酸酐摩尔数与总氨基团的摩尔数之比为1:1，所使用的催化剂占总酸酐和二元胺单体总摩尔量的0.1‑2mol％。本发明多官能度有机酸酐单体在PI分子结构中形成了超支化结构，有效降低PI分子的堆叠密度，降低了PI的摩尔极化密度。与未添加本发明提供的多官能度有机酸酐合成的PI薄膜相对比，本发明制备得到的聚酰亚胺薄膜的介电常数降低了13.1‑31.6％，最低介电常数为2.4，可以有效地满足未来高频高速及5G通信技术领域的应用要求。

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺树膜领域，具体涉及新型多官能度有机酸酐及由其制备的低介电常数超支化聚酰亚胺薄膜。

背景技术

随着科学技术及信息时代的快速发展，高频高速通信是未来的重大趋势之一。目前，4G通信已经得到了广泛的应用，而5G的也将在未来5-10年逐渐进入到人们的生活中。5G通信具有更加高速信息传输能力，信号传递速度是4G的10倍以上。然而5G通信对移动通信设备、射频基站、集成电路以及相关电子元器件都提出了更高的要求。在5G时代，电子产品中集成电路向着高密度方向发展，各种元器件及线路线宽尺寸逐渐缩小，其带来的信号串扰、阻容延迟会引起信号传递延迟，并产生功率耗散等负面影响，成为5G通信发展的重大阻碍。在高频高速通信过程中，信号的传输速度、延迟大小、信号干扰及功耗损失等主要去取决于集成电路电介质的介电常数(Dk)。介电常数越小，信号传输越快、延迟越小、功耗也更低。因此，开发新型具有低介电常数的电介质材料是高频高频5G通信技术领域需要亟待解决的问题之一。

聚酰亚胺(PI)由于其具有优异的力学及耐热性能等而广泛的应用于微电子及集成电路领域中，尤其应用在便携式电子设备产品中。PI具有很好的柔性，可以作为未来柔性显示及柔性通信设备的基材使用。然而PI的本征介电常数一般在3.0-3.6之间，介电性能尚不能满足未来高频高速5G通信技术的要求(Dk2.8)。为了解决这个难题，科学界对低介电常数PI进行了深入的研究，取得了许多阶段性成果。根据介电常数的基础理论，影响材料介电常数的主要因素有电介质分子的摩尔极化率以及极化率密度。科学研的研究工作也主要在这个两方面展开研究。例如在PI中引入氟原子，基于C-F键更低的摩尔极化率(0.56)，可以降低介电常数。然而该方法对介电常数的降低程度有限，且氟的引入会大大增加PI的制备成本。此外，氟的引入还会导致PI热膨胀系数增加、粘附性能及抗蠕变性能变差等负面影响。通过在PI中引入多孔结构，可以降低PI中单位体积的极化分子密度，从而高效地降低PI的介电常数。制备多孔PI的介电常数可以降低到2.0甚至更低，制备方法包括热分解法、化学刻蚀法、微相分离法等。然而，许多研究结果表明，所得到的低介电多孔PI材料往往牺牲了其特有的耐热性和力学性能。此外，多孔的制备往往不均匀且不可控，也很难放大及工业化制备生产，也无法满足未来的发展需求。因此，寻找一种简单、易工业化、廉价的制备兼具低介电常数和优异耐热性能及力学性能的PI的方法是未来高频高速5G通信发展的一个重要挑战。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多官能度有机酸酐及低介电常数超支化聚酰亚胺薄膜。该新型多官能度有机酸酐可以在PI中作为支化中心位点，增加PI的本征自由体积，降低PI分子的堆叠密度，从而有效降低介电常数，同时保持PI优异的耐热及力学性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种多官能度有机酸酐，它的化学结构式如下结构式(1)～(3)所示：

一种低介电常数超支化聚酰亚胺薄膜，它通过以下方法制备得到：