[发明专利]一种5G高频用超低介电常数中空二氧化硅及其制备方法

说明书

本发明属于材料化学技术领域，具体涉及一种5G高频用超低介电常数中空二氧化硅材料，并进一步公开其制备方法与应用。本发明所述中空二氧化硅材料为具有一定闭合空腔结构的无定型二氧化硅粉体材料，其壳体表面及内部光滑平整，壳体具有气孔，利用二氧化硅和空气的复合特性，使得整个高频带上介电常数、介电损耗趋于稳定，在5G高频20‑43.5GHz范围内介电常数为1.5‑3.3，克服传统陶瓷材料高介电损耗的缺点，适用于5G通讯消费电子芯片封装陶瓷基板、玻璃陶瓷共烧基板等应用领域。

技术领域

本发明属于材料化学技术领域，具体涉及一种5G高频用超低介电常数中空二氧化硅材料，并进一步公开其制备方法与应用。

背景技术

随着电子、电器技术的不断发展，电子、电器设备及其元件的尺寸越来越小、功率越来越大，为了提高信号或能量的传输效率、降低线路损耗和不同线路间信号或能量之间的干扰，需要采用低介电常数的材料降低电容效应或传导耦合，进而缩短导体线路间信号与能量的循环时间，减少传输滞后、线路间交叉干扰和电容耦合，制造出容量更大、集成度更高的设备或元件。因此，电子、电器技术的发展不仅对介电材料的耐热性、强度、耐腐蚀性和绝缘性等不断提出更高的要求外，一个更重要的要求是充分降低介电材料的介电常数。

现有技术中，我们通常采取如下两类方法降低材料的介电常数：其一是利用有机化合物本身的低介电常数特性，但由于其机械性能差又不耐高温等缺陷限制了该类物质的应用；其二是降低现有材料的有效介电常数，即通过在材料中增加孔隙，制备成多孔薄膜的方法，使其平均介电常数降低。目前，有可能在集成电路中应用的低介电常数介质材料主要包括多孔氧化硅、含氟氧化硅、含氟碳膜、聚酰亚胺等。其中，多孔SiO₂不仅有较低的介电常数，且能与已有的单晶SiO₂工艺很好地兼容，在热稳定性、对无机物的粘附性等方面明显优于有机介质，是传统SiO₂的理想替代物。

目前，纳米多孔SiO₂材料的制备目前多采用溶胶-凝胶(sol-gel)工艺，采用这种方法可获得较大孔隙度的材料，但孔的结构却不易控制，孔径尺寸也呈现随机分布，不适于用在集成电路中作为互连介质。另一类流行的制备方法则是与溶胶-凝胶技术相结合的模板法，其以表面活性剂为模板，进一步结合溶胶-凝胶或旋涂技术，可以得到孔径分布均匀的纳米介孔SiO₂材料。与单纯的溶胶-凝胶方法相比，这种模板合成法可合理地控制孔隙度、孔尺寸以及膜的结构和厚度，但该类介孔薄膜材料易吸附空气中的水，从而导致薄膜的介电常数增大；同时，其薄膜材料较大的孔道和疏松的无机孔壁结构导致膜的机械性能下降，限制了介孔SiO₂材料的进一步应用。

此外，虽然现有技术中关于中空二氧化硅的制备工艺已有诸多研究，但多数研究均集中于如何降低氧化硅类薄膜的介电常数，但涉及如何有效降低二氧化硅材料本身介电常数的研究则相对较少。如中国专利CN1708563A公开了一种低介电常数无定形二氧化硅类被膜形成用涂布液及该涂布液的配制方法，该方法虽然可实现二氧化硅薄膜介电常数的控制，但一方面，该研究主要关注了二氧化硅薄膜的介电性能如何，另一方面，该方案并未涉及二氧化硅材料/薄膜在20-43.5GHz 5G用高频段的介电特性如何，限制了其在高频段领域的应用。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种5G高频用超低介电常数中空二氧化硅材料，该材料为具有一定闭合空腔结构的无定型二氧化硅粉体填充材料，其在高频范围内具有较低的介电常数，适用于5G毫米波频段使用；

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述中空二氧化硅材料的制备方法，并进一步公开其在制备5G通讯消费电子芯片封装陶瓷基板、玻璃陶瓷共烧基板等领域中的应用。