[发明专利]一种聚酰亚胺薄膜的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种聚酰亚胺薄膜的制备方法及应用，属于聚酰亚胺技术领域，解决了现有技术中聚酰亚胺薄膜本征导热系数低，无法同时实现薄膜良好耐热性、透明性与导热性兼容的问题。本发明提供的聚酰亚胺薄膜制备方法是在聚酰胺酸溶液中加入预定分子量的聚酰亚胺低聚物作为有机助剂，涂覆制膜后经高温热酰亚胺化和后处理。由本发明技术方法制备的聚酰亚胺薄膜的有效密度、薄膜平面及厚度方向上的热扩散系数显著提高，在保持了薄膜良好耐热性能与透明性基础上改善了导热性能，在光电显示等领域具有广泛应用。

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺技术领域，尤其涉及一种具有良好导热能力的耐高温透明聚酰亚胺薄膜的制备方法及应用。

背景技术

聚酰亚胺材料具有优异的耐热性能、机械性能、绝缘性能、化学稳定性等特性，是电子、微电子、航空、航天等众多领域首选的聚合物绝缘材料，被广泛用于柔性印刷电路的基板材料、内涂层及层间绝缘材料、芯片模块的介电及连接材料等。随着器件的微型化、薄型化、集成化、功能化及高速化发展，电子元器件的功率和布线密度大幅增加，在运行过程中单位体积产生的热量急剧增大。由此引起的热堆积现象会导致线路之间信号的延迟、串扰和能耗，严重影响器件的性能可靠性和使用寿命。特别是在5G高频通信、新一代大规模集成电路的多层绝缘导热、半导体芯片的先进封装等新应用需求，器件的高效散热成为挑战性难题。作为首选的聚合物绝缘基板材料，聚酰亚胺薄膜面临越来越高的热控管理要求。然而，传统聚酰亚胺薄膜材料的导热性能较差，其本征导热率通常在0.1W/m·K左右，无法满足电子元器件的快速导热需求，极大限制了其进一步应用。

此外，光电技术的飞速发展对高性能光学膜材料提出了迫切的应用需求，具有良好透明性、韧性、耐温等良好综合性能的透明聚酰亚胺薄膜，已成为柔性光电领域首选的透明柔性聚合物基板材料。针对聚酰亚胺薄膜的光学性能，国内外的研究开展了大量研究，并取得了具有优异透光率和低色度甚至无色的聚酰亚胺薄膜。但是，同时实现聚酰亚胺薄膜材料的高透光率与良好导热性的研究却很少。通过聚酰亚胺树脂或聚酰胺酸与导热填料共混掺杂制备导热复合薄膜，是目前改善薄膜材料导热性能最为有效的策略，但无机导热填料的加入严重损害了聚酰亚胺薄膜本身的光学透明性。特别是，为获得高的导热系数，通常需要加入大量的无机填料，这将导致聚酰亚胺薄膜透光率大幅降低，并且呈现很大的浊度。为满足光电应用领域对高性能聚酰亚胺薄膜的技术需求，迫切需要开发新一代兼具良好耐热性、透明性和导热性的聚酰亚胺薄膜材料。

据报道，韩国的研究人员通过添加酰亚胺单分子化合物至聚酰胺酸中的方法，实现了较好的导热率以及可见光区透光率。然而，该方法在实际实施时存在两方面问题：一是，所制备的酰亚胺单分子化合物存在有机溶剂中溶解度较差，加入聚酰胺酸溶液后混合后所制备薄膜的浊度明显上升；二是，酰亚胺单分子化合物作为一种小分子，其自身的热稳定性(1％和5％热分解温度)差，将其引入聚酰亚胺薄膜中导致薄膜的热分解温度大幅下降。为避免上述两方面的不利影响，酰亚胺单分子化合物的加入量只能限定在很低的范围，而这又使得聚酰亚胺薄膜的导热性能改善有限。因此，如何在保持聚酰亚胺薄膜耐热稳定性和透明性的基础上，实现导热性能的有效改善是亟需解决的重要技术挑战。

发明内容

鉴于上述技术现状及问题分析，本发明旨在提供一种聚酰亚胺薄膜的制备方法及应用，以解决现有聚酰亚胺薄膜无法同时具备良好的耐热性能、透明性及导热性能的技术挑战，特别是针对加入无机导热填料会导致透明薄膜的透光率降低、浊度增大，加入小分子有机填料会导致透明薄膜的热稳定性变差、浊度增大的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：制备聚酰胺酸溶液；

步骤2：向聚酰胺酸溶液中加入聚酰亚胺低聚物，得到前驱体溶液；

步骤3：将前驱体溶液涂覆成膜，进行酰亚胺化；

步骤4：后处理得到聚酰亚胺薄膜。