《电介质论》word版

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1、聚酰亚胺研究发展应用1介绍英文名：Polyimide简称：PI聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环（-CO-N-CO-）的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要。聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。近来，各国都在将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入21世纪最有希望的工程塑料之一。聚酰亚胺，因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识，被称为是"解决问题的能手"（protionsolver），并认为"没有聚酰

2、亚胺就不会有今天的微电子技术"。近年来,随着集成电路的集成度的不断提高,互连中的电阻、电容(RC)延迟产生的寄生效应越来越明显,直接影响器件的性能。普通聚酰亚胺(介电常数在3.2~3.9)已难以满足未来微电子技术发展的需要。因此,开发新型低介电常数PI(尤其是ε<2.0)已成为该领域的一个研究热点,也是实现微电子产品更新换代的关键技术之一。本文主要就近年来国内外低介电常数PI的制备方法与应用进行了综述,并对低介电常数PI的发展前景进行了展望[1]。2低介电常数聚酰亚胺制备方法2.1合成含氟基团的聚酰亚胺氟原子具有较强的电负性

3、,可以降低高分子的电子和离子的极化率,达到降低高分子介电常数的目的。同时,氟原子的引入降低了高分子链的规整性,使得高分子链的堆砌更加不规则,分子间空隙增大而降低介电常数。但是,氟基团的引入往往会导致PI的粘结强度、玻璃化转变温度和机械强度降低,热膨胀系数提高。另外,要达到好的效果必须导入较高比例的氟原子,使得PI的成本明显增加。2.2合成含孔洞结构的聚酰亚胺通过在聚酰亚胺中引入大量均匀分散的孔洞结构,提高其中空气体积率,形成多孔泡沫材料是获得低介电聚酰亚胺材料的一种有效途径。目前,制备多孔聚酰亚胺材料的方法主要有热降解法、化

4、学溶剂法、导入具有纳米孔洞结构的杂化材料等[2]。2.2.1热降解法在聚酰亚胺中引入易热降解的高分子链段,经热处理后,热稳定性差的组分先分解掉,在膜中即形成多孔结构。HedrickL等在1996年提出将聚胺酸(PAA)与热不稳定有机组分共聚,在氮气保护下于300℃热亚胺化后热氧化降解不稳定组分,从而产生纳米多孔结构PI薄膜。通过共聚将末端氨基改性的聚氧丙烯引入到PAA主链中,再热氧化降解获得多孔PI薄膜。PI膜的介电常数由2.8降至2.4,但在降解过程中发生了PI主链断裂,使得PI膜的力学和热性能明显降低。该课题组的此项研究

5、为制备纳米多孔PI膜奠定了基础。WangWC等在含氟聚酰亚胺(FPI)骨架上接枝不稳定的聚丙烯酸(PAA)侧链,制得含氟PI薄膜。然后在250℃下使得PAA侧链热解去除,获得纳米多孔FPI薄膜材料。当丙烯酸单体与FPI的物质的量比为58时,FPI多孔薄膜介电常数降至1.9(纯PI膜的介电常数为3.1),但此时的FPI多孔薄膜的玻璃化转变温度(284℃)较纯FPI膜(293℃)有所降低。2.2.3导入具有纳米孔洞结构的杂化材料采用上述热降解或溶剂溶解方式制备多孔PI过程中,经常遇到高分子难以完全脱除,所形成的孔洞封闭性不好,易

6、产生应力集中、塌陷和团聚等问题,导致PI的理化性能变差。因此,将具有现成孔洞结构的微粒引入到PI体系制备有机/无机复合材料已成为获得低介电常数PI的一种更为实用方法。这种方法大大简化了PI的制备过程,也不产生低分子挥发物,能够有效避免前面方法所产生的一些缺陷。目前,将介孔氧化硅或多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)的孔洞结构引入聚酰亚胺体系制备低介电复合材料已成为新的研究热点。介孔氧化硅是1992年Mobil公司的首次研究成功的一种新型介孔材料,由于具有大的比表面积和均匀、可调的孔径分布(2~50nm)等特点,已在新材料、催化等

7、领域得到很好应用。LinJ通过原位聚合制备含有纳米介孔SiO2(SBA-15和SBA-16型)的聚酰亚胺复合膜,经过表面处理的介孔SiO2与PI基体之间具有较好的界面作用,含有7%的SBA-16和3%SBA-15介孔SiO2的PI膜介电常数分别降至2.61和2.73(纯PI为3.34)。两种不同结构介孔SiO2的加入均可提高PI膜的热稳定性和动态力学性能,其中PI/SBA-16(BSA-16质量分数为1%)复合膜的拉伸强度和杨氏模量较纯PI膜分别提高了68.1%和39.2%。这是一种制备低介电常数PI材料的有效方法。为进一步

8、降低PI的介电常数,可考虑同时采用两种或两种以上方法。如:使聚酰亚胺体系中既存在纳米孔洞结构,又有氟原子。由于OF具有较低的极化率和较高的自由体积,能显著降低PI的介电常数。当OF含量达到15%时,PI/OF复合材料的介电常数由3.19降至2.12,此时材料仍保持了优异的热稳定性。在制备P