[发明专利]一种表面修饰ZIF-8的低介电聚酰亚胺及其制备方法

说明书

本发明涉及一种表面修饰ZIF‑8的低介电聚酰亚胺及其制备方法。该表面修饰ZIF‑8的低介电聚酰亚胺表面均匀覆盖ZIF‑8，断面由大量蜂窝状微孔组成，密度低于0.25g/cmsupgt;3/supgt;，孔隙率大于70％，介电常数在1kHz时小于1.50，介电损耗在1kHz时低于0.0040，断裂伸长率大于80％,拉升强度大于10MPa，在水中静置72h的吸水率小于0.02％，在80％潮湿度的环境中静置7天介电常数的增长率小于0.1％。该表面修饰ZIF‑8的低介电聚酰亚胺是由含有聚酰亚胺通过相转化法制备得到，ZIF‑8是在成膜过程中聚酰亚胺溶液中的硝酸锌和相转化过程中溶液中的二甲基咪唑在聚酰亚胺膜表面原位生成。该表面修饰ZIF‑8的低介电聚酰亚胺可以作为低介电常数材料应用于互联装配用层间介质材料领域。

技术领域

本发明涉及一种表面修饰ZIF-8的低介电聚酰亚胺及其制备方法，属于有机电介质材料制造领域。该低介电聚酰亚胺可以作为低介电常数材料应用于互联装配用层间介质材料领域。

背景技术

近年来随着高速通讯领域的迅速发展，电子元器件的应用尺寸不断趋向小型化，大规模集成电路中芯片集成度显著提高，芯片互连线密度增大，使线路中电阻和布线中电容增加，产生信号阻容延迟效应，影响信号传输速度和信号损耗，这已成为集成电路向高速、高密度、低能耗以及多功能方向发展的新的桎梏。通常信号传递的延迟时间正比于导体自身的电阻，也正比于其介电常数值，同时正比于导体的长与厚度之比。因此，要想缩短信号传递的延迟时间，可以选择自身电阻值与介电常数值较低的材料，或者使用其他方法减少材料的自身电阻及介电常数，也可以扩宽导线间的距离。然而由于导线间的距离不易扩宽，要想减少信号传递的延迟时间，主要得从减少导线的介电常数入手。经计算其他条件一致时，当封装导线的介电常数值由4.0改为2.5，导线传递信息的速度可变为原来的2.6倍，如果能够进一步降低导线的介电常数，导线传递信息的速度能够得到明显提高。因此，为了达到集成电路高集成度的要求，提高信号的传输速度，封装内高密度的信号线路要求彼此之间保持电绝缘，应选取介电常数值尽可能低的电介质材料作为集成电路用的层间绝缘材料，以确保最小的电交互信号能够正常地在相邻线路中进行传输。此外随着柔性电子材料的发展，各种聚合物材料已经被用于改善器件的柔韧性和拉伸性。具有易加工性的柔性聚合物被期待用来作为低介电基体材料。此外，根据介电常数材料的性能指标要求，在尽可能降低介电常数值的前提下，要保证低介电材料的漏电流不能过高，电压耗散系数不能太大。由于水的介电常数是80，所以就要确保介电常数材料具有很低的吸水性，这样介电材料的值才能维持一个较低的值。另外，由于介电常数材料很多时候需要在高温的环境中工作，在超大规模集成电路系统下，介电材料也要经受多次的热循环过程，所以介电材料的性能不能在高温下发生严重的衰减。

聚酰亚胺因其良好的耐热性、耐腐蚀性、绝缘性和优异的力学性能而被广泛的应用在电子材料、航空航天、通信、国防军事等领域。聚酰亚胺具有耐高温循环使用性能；自润滑性能好；机械性能优异；阻燃等级达到UL 94级；具有良好的耐辐照性；绝缘性能稳定；聚酰亚胺具有良好的介电性能，介电常数为3.4左右，通过向聚酰亚胺体系中引入氟元素，或着将空气纳米尺寸分散在聚酰亚胺中，介电常数可以降到2.5左右。介电损耗为10^-3，介电强度为100-300kV/mm，体积电阻为1017Ω·cm，这些性能在宽广的温度范围和频率范围内仍能保持在较高的水平，这对于开发高性能介电聚合物具有重要的科学意义和广泛的实用价值。本发明利用先制备得到高性能聚酰亚胺材料，然后通过延迟相转化法向聚酰亚胺基体中引入蜂窝状多孔结构，有助于降低介电常数，获得良好的力学柔韧性，同时在相转化法成膜的过程中在聚酰亚胺薄膜表面原位生成超疏水ZIF-8，以降低薄膜的吸水性来保证低介电常数的稳定性，从而得到具有稳定的低介电常数的聚酰亚胺多孔材料。

发明内容