[发明专利]一种超低介电多孔聚酰亚胺薄膜及其制备方法

说明书

一种超低介电多孔聚酰亚胺薄膜的制备方法。所述多孔聚酰亚胺薄膜采用芳香族二酐和二胺作为聚合单体，离子液体1‑丁基‑3‑甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM][BF₄])作为致孔剂，通过原位聚合和共混的方法制备了20～40μm的薄膜，薄膜的介电常数为1.50～2.84。聚合过程中涉及的氨基总量与酸酐基总量的摩尔比为1：1，[BMIM][BF₄]在整个体系中所占的体积分数为0～85vol％。该多孔聚酰亚胺薄膜具有超低的介电常数、良好的热稳定性、优异的疏水和吸波性能，在柔性电路板、微电子封装、国防及航空航天等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本文涉及微电子技术，尤指一种超低介电多孔聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

随超大规模电路及微电子工业的发展，电子、电器设备在愈加集成化、小型化的同时，也导致了信号传输延迟、串扰、损耗增加，金属层间互联电阻-电容增大等问题，逐渐成为限制微电子技术发展的瓶颈。根据影响信号传输速度和延迟时间的相关因素可知，使用低介电常数的电介质材料，能达到提高智能终端的信号传输速度、降低信号延迟及损失的目的。

聚酰亚胺(Polyimide,PI)作为一种以酰亚胺环为结构的高性能聚合物材料，具有优良的机械性能、耐热性、耐腐蚀、耐辐射等被广泛应用于微电子领域。然而，传统聚酰亚胺的介电常数较高(ε＝3.0-3.4)无法满足当下对所需电介质材料的要求(ε2.5)。为了获取更低介电常数的聚酰亚胺材料，目前常用的方法包括：1)向聚合物基体中引入具有较低摩尔极化率的取代基比如氟原子；2)掺杂具有低介电常数的无机填料，比如二氧化硅；3)向聚合物基体中引入空气孔洞(因空气的介电常数很低，ε≈1.0)。研究表明，非多孔电介质材料很难达到ε2.0的情况，因此，通常制备多孔类电介质材料是实现超低介电常数最可能的途径。常见的致孔工艺包括热降解法、化学刻蚀或超临界二氧化碳发泡法等，但易出现孔洞不可控、孔径不均且成本工艺较高等问题。因此，设计研发新型的多孔低介电聚酰亚胺薄膜对提高集成电路性能，促进微电子产业快速发展等具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种超低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，具体为一种多孔聚酰亚胺薄膜薄膜的制备，能够弥补已有技术的缺陷。本发明产品具有如下特点：制备方法简单、易推广、实用性强，可以使聚酰亚胺薄膜的介电性能大大降低，并且具有优异的耐热性、疏水性和吸波性能。

本发明提供了一种超低介电多孔聚酰亚胺薄膜，所述多孔聚酰亚胺薄膜合成所用单体为芳香族二酐和二胺；致孔剂为离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM][BF₄])。

在本发明提供的多孔聚酰亚胺薄膜中，所述聚合过程中涉及的氨基总量与酸酐基总量的摩尔比为1：1，其中致孔剂[BMIM][BF₄]在整个体系中所占的体积分数为0～85vol％。

在本发明提供的多孔聚酰亚胺薄膜中，所述聚酰亚胺薄膜的厚度为20～40μm。

在本发明提供的多孔聚酰亚胺薄膜中，所述聚酰亚胺薄膜的介电常数为1.50～2.84。

在本发明提供的多孔聚酰亚胺薄膜中，其特征在于制备方法包括以下步骤：

(1)在质量浓度为20～30％聚酰胺酸溶液中滴加入一定含量的[BMIm][BF₄]，搅拌得到均质粘稠聚酰胺酸溶液。随后，将聚酰胺酸溶液流延到干燥的璃板上，置于真空干燥箱中除气泡。

(2)将步骤(1)的玻璃板置于鼓风干燥箱中进行程序升温热处理，以实现酰胺化。

(3)待步骤(2)的玻璃板冷却至室温后，取出剥膜；随后将薄膜放入[BMIM][BF₄]的良溶剂中进行浸泡；最后将浸泡后的薄膜进行真空干燥以除去表面溶剂，即可得到多孔聚酰亚胺薄膜。