一种聚芳硫醚砜基低介电常数膜及其制备方法和应用

1.本发明涉及一种低介电常数聚芳硫醚砜基膜及其制备方法，属于高分子膜领域。


背景技术：

2.随着信息技术的飞速发展，超大规模集成电路集成度快速提高，其电子器件尺寸也发展到深亚微米级水平，体积不断缩小，布线也越来越复杂。随着特征尺寸的不断减小，互连寄生的电阻和电容便会引起信号传输的延迟、串扰及能量损耗。为了达到集成电路高集成度的要求，提高信号的传输速度，封装内的高密度的信号线路要求彼此之间保持电绝缘，应选取介电常数尽可能低的材料作为金属层间的绝缘材料，以确保最小的电交互信号能够正常在相邻的线路中传输。随着通讯技术的快速发展，对于材料的介电常数提出了更高的要求，通常要求k＜3，目前常用的低介电工程塑料包括ppo、pps、lcp、pi等，然而这并不能满足未来通讯技术的使用要求，往往需要对材料进行改性以制备具有更低介电常数的材料。
3.获得更低介电常数主要有两种途径，一种是降低材料的极化率，这可以通过引入强极性的氟原子实现，这主要是由于氟原子具有强极性，它可以牢牢地束缚电子防止其产生极化，从而降低极化率，另一种是通过降低材料的密度来减少单位体积中的极化原子，可以引入一些具有高自由体积的官能团来降低单位体积内的极化率，或者在材料中引入孔洞，由于空气的介电常数最低，仅为1，这是降低材料介电常数最有效的方法。
4.现有技术中尚未有聚芳硫醚砜作为基材制备低介电常数膜的相关报道。


技术实现要素：

5.本发明以聚芳硫醚砜及其衍生物为树脂基体，通过系列化的、组合型的加工方法，在聚芳硫醚砜薄膜引入空气孔洞，不仅降低介电常数，同时保持自身良好的机械性能、粘接性能、热稳定性；使得所制备的聚芳硫醚砜薄膜在信号高速传输过程中能够得到良好的应用。
6.本发明的技术方案：
7.本发明要解决的第一个技术问题是提供一种聚芳硫醚砜基低介电常数膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
8.1)制备聚芳硫醚砜及其衍生物的溶液：将聚芳硫醚砜及其衍生物10～40重量份和溶剂80～150重量份于120～220℃溶解2～10h；
9.2)预处理：将聚芳硫醚砜及其衍生物的溶液置于30～150℃的环境中处理1～12h；
10.3)定型成膜：将预处理的聚芳硫醚砜及其衍生物置于凝固浴中浸泡处理2～72h，然后再烘干定型得聚芳硫醚砜及其衍生物膜；
11.4)后处理：最后将定型后聚芳硫醚砜及其衍生物膜进行热压处理得聚芳硫醚砜基低介电常数膜。
12.进一步，步骤1)中，所述溶剂选自：苯酚、四氯乙烷、浓硫酸、n
‑
甲基吡咯烷酮、1,3
‑
二甲基
‑2‑
咪唑啉酮、n,n
‑
二甲基甲酰胺、n,n
‑
二甲基甲酰胺或盐酸中的至少一种。
13.进一步，步骤3)中，烘干指于60～100℃下干燥8～40h。
14.进一步，步骤3)中，所述凝固浴为去离子、乙醇、乙醚或甲醇中的至少一种。
15.进一步，步骤4)中，所述热压处理指：于120～320℃，压力0～5mpa的条件下热压2～50min。
16.进一步，步骤4)中，所述后处理指：将定型后聚芳硫醚砜及其衍生物膜夹在上下两层聚酰亚胺薄膜中间，然后压上压板，进行后处理。
17.本发明要解决的第二个技术问题是提供一种聚芳硫醚砜基低介电常数膜，所述低介电常数膜采用上述方法制得。
18.本发明要解决的第三个技术问题是指出上述聚芳硫醚砜基低介电常数膜的应用，所述低介电常数膜表面可直接粘结金属导电材料制得聚芳硫醚砜基复合材料。
19.本发明的有益效果：
20.本发明以聚芳硫醚砜及其衍生物为基材，通过预处理、定型和后处理，制得了一种聚芳硫醚砜基低介电常数膜，所得膜具有较低的介电常数(介电常数在1.8～2.9)、较低的介电损耗(介电损耗为10
‑4～10
‑2)，同时具有良好的机械性能和稳定性。
21.此外，本发明能够实现将介电材料直接牢固附着于导电基材(聚芳硫醚砜基低介电常数膜)表面，可以不使用粘结剂；从而使得传输组件将会更加小型化和轻质化，为未来信号传输组件的快速发展提供新的发展方向。
附图说明：
22.图1a为对比例3所得多孔膜1断面sem图，图1b为对比例2所得多孔薄膜2断面sem图，图1c为实施例1所得多孔薄膜3的断面sem图。由图中可以看出多孔薄膜1的具有大孔，指状孔和海绵状孔；多孔膜2中有大孔和海绵状孔，多孔膜3海绵状孔几乎消失，仅有大孔结构。
23.图2a为对比例3所得多孔膜1(记作膜1)，对比例2所得多孔膜2(记作膜2)和实施例1所得多孔薄膜3(记作膜3)的介电常数和介电损耗随频率之间的变化关系，从图2a可以看出在频率为1mhz时，膜1具有最低的介电常数，介电常数约为1.61，膜2的介电常数约为2.26，膜3的介电常数约为2.57，介电损耗约为9.6*10
‑3。
24.图3为对比例3所得多孔膜1(记作膜1)，对比例2所得多孔膜2(记作膜2)和实施例1所得多孔薄膜3(记作膜3)三种薄膜的应力应变曲线，从图中可以看出膜1的拉伸强度最低，约为3.89mpa，膜3的拉伸强度最高，约为65.86mpa，膜2的拉伸强度介于两者之间，约为18.99mpa，与多孔膜相比具有明显的提升；这主要是由于通过热压以后内部的海绵状孔消失，致密层使得它的力学性能得到改善。
具体实施方式
25.本发明利用先制备不对成多孔膜，多孔膜中一半是大孔，一半是小孔；再通过特定的热压工艺，将多孔膜制成一半有孔，一半致密的膜；孔的存在使得所得膜具有较低的介电常数，而致密的结构则使得膜具有良好的力学性能；从而得到了兼具介电性能何力学性能的膜。
26.下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。
27.实施例1
28.将20重量份的聚芳硫醚砜，溶解于100重量份的n
‑
甲基吡咯烷酮，在100℃的条件下溶解形成聚芳硫醚砜溶液，使用刮膜机在玻璃板上刮膜，并置于50℃的环境中处理6h，成为聚芳硫醚砜初定型膜，然后常温下将薄膜于凝固浴为去离子水定型20h，接着置于100℃烘箱中烘15小时除去薄膜中的水分，得到聚芳硫醚砜薄膜；然后将定型好的聚芳硫醚砜薄膜夹在上下两层聚酰亚胺薄膜中间，压上压板，将压机温度升至240℃，压力1mpa,热压6min，得到具有良好力学性能的低介电聚芳硫醚砜薄膜，该薄膜的拉伸强度为62.14mpa，在1mhz时的介电常数为2.26，介电损耗为6.1*10
‑3，与金属之间的粘结强度为9.21mpa。
29.实施例2
30.将含羧基的聚苯硫醚砜40重量份和1,3
‑
二甲基
‑2‑
咪唑啉酮80重量份，于温度120℃的条件下搅拌溶解5h，溶解形成含羧基的聚苯硫醚砜溶液，使用刮膜机在玻璃板上刮膜，并置于60℃的环境中处理3h，成为聚芳硫醚砜初定型膜，然后常温下将薄膜于凝固浴为乙醇和水的混合物中定型10h，接着置于80℃烘箱中烘5小时除去薄膜中的水和乙醇，得到羧基的聚苯硫醚砜薄膜；然后将定型好的羧基的聚苯硫醚砜薄膜夹在上下两层聚酰亚胺薄膜中间，压上压板，将压机温度升至220℃，压力0mpa,热压10min，得到具有良好力学性能的低介电聚芳硫醚砜薄膜，该薄膜的拉伸强度为68.14mpa，在1mhz时的介电常数为2.31，介电损耗为5*10
‑3，与金属之间的粘结强度为8.81mpa。
31.对比例1
32.其他步骤同实施例1，区别仅在于省去了“置于50℃的环境中处理10min”的处理工艺，那么所得薄膜的拉伸强度为32mpa，在1mhz时的介电常数为3.15，介电损耗为0.14，与金属之间的粘结强度为8.85mpa。
33.对比例2
34.其他步骤同实施例1，区别仅在于省去了最后的热压处理，那么所得薄膜的拉伸强度为4.51mpa，在1mhz时的介电常数为1.8，介电损耗为3.4*10
‑3，与金属之间的粘结强为7.68mpa。
35.对比例3
36.其他步骤同实施例1，区别仅在于省去了“置于50℃的环境中处理10min”的处理工艺和最后的热压处理，那么所得薄膜的拉伸强度为3.89mpa，在1mhz时的介电常数为1.61，介电损耗为3.4*10
‑2，与金属之间的粘结强为6.98mpa。