一种低介电常数聚芳醚腈及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低介电常数聚芳醚腈及其制备方法。该低介电常数聚芳醚腈的化学结构中含有三氟甲基、砜基和芳醚基团，呈现薄膜状，且该低介电常数聚芳醚腈薄膜内部含有大量的孔。低介电常数聚芳醚腈是由含有低极性基团的聚芳醚腈嵌段共聚物与致孔剂在水和乙醇混合液中通过相转化法制备得到。通过改变聚芳醚腈嵌段共聚物的链段比例，相转化法中致孔剂的种类、结构，相转化法中水和乙醇的比例等，可得到一系列具有低介电常数的高性能聚芳醚腈材料。该低介电常数聚芳醚腈的密度低于0.15g/cm

A low dielectric constant poly (aryl ether nitrile) and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种低介电常数聚芳醚腈及其制备方法
本专利技术涉及一种低介电常数聚芳醚腈及其制备方法，属于低介电常数有机电介质材料制造领域。该低介电常数聚芳醚腈可以作为低介电常数材料应用于互联装配用层间电介质。
技术介绍
近年来微电子工业迅速发展，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。根据国际半导体技术蓝图的节点要求，在国际半导体技术蓝图中的完成情况中，其他几项指标都是提前完成的，而介质层的介电常数值远远落后于预期值，这主要是由于介电常数材料有很多的性能指标。在降低介电常数值的前提下，要保证介电常数材料的漏电流不能过高，电压耗散系数不能太大。要保证介电常数材料的力学特性，在后端工艺中，要确保互连线与介电材料之间的沉积与平坦化过程，要在机械抛光的作用下不会发生断裂，以支撑多层互连结构。由于水的介电常数是80，所以这就要确保介电常数材料要有很低的吸水性，这样介电材料的介电常数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要高温的环境中工作，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高温下发生严重的衰减。这些都增加了介电常数数值降低的难度，导致了在国际半导体技术蓝图中介电常数值难以达到要求。聚芳醚因其良好的耐热性、耐腐蚀性、绝缘性和优异的力学性能而被广泛地应用在电子材料、航空航天、通信、国防军事等领域。聚芳醚腈属于聚芳醚类聚合物中的一员，其特点是其侧基含有大量的功能性的氰基基团。聚芳醚腈具有耐高温循环使用性能，可在受载情况下130℃循环3000次，性能基本保持不变；自润滑性能好；机械性能优异；阻燃等级达到VO级；具有良好的耐辐照性；绝缘性能稳定；对除浓硫酸外的酸、碱及其水溶液都具有稳定性。由于极性氰基侧基的存在，赋予聚芳醚腈高的介电常数，纯聚合物可高达3.8-6.0，击穿电压高达220-300V/μm，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。本专利技术利用先制备得到高性能聚芳醚腈材料，然后通过相转化法向聚芳醚腈基体中引入多孔结构，以降低其介电常数，得到低介电常数聚芳醚腈多孔材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有低介电常数材料力学性能、耐热性能、化学稳定性等性能不够好，聚芳醚腈等高性能材料的介电常数比较高等技术的不足，提供一种低介电常数聚芳醚腈及其制备方法，实现低介电常数聚芳醚腈的批量制备，解决现有聚芳醚腈介电常数高的问题，拓宽聚芳醚腈在低介电领域的应用范围。对于聚芳醚腈低介电材料在科学研究和应用领域具有重大意义。具体为，先制备聚芳醚腈嵌段共聚物，然后将聚芳醚腈嵌段共聚物与致孔剂混合后溶解到极性溶剂中得到混合溶液，然后再将该混合溶液浇筑在玻璃板上，将玻璃板及其表面的溶液一起浸泡于乙醇和水的混合溶液中，致孔剂溶解在乙醇和水的混合液中，聚芳醚腈溶液在乙醇和水的混合溶液中经过相转化变成聚芳醚腈薄膜，将该聚芳醚腈薄膜收卷之后在纯水中充分洗涤，真空干燥得到低介电常数聚芳醚腈。所述的低介电常数聚芳醚腈及其制备方法，其特征在于：该低介电常数聚芳醚腈结构中含有低极性三氟甲基、砜基和芳醚基等基团，呈现薄膜状，且具有多孔结构，其制备方法步骤以下：(1)聚芳醚腈嵌段共聚物的制备：将2,6-二氯苯甲腈加入到N-甲基吡咯烷酮中，得到浓度为0.02～0.1g/mL的溶液，之后将4,4’-二氯二苯砜、六氟双酚A、碳酸钾及甲苯依次加入上述溶液中，在160～180℃下脱水反应1～3h，再在180～210℃下脱水反应1～3h，将反应产物倒入丙酮中沉淀，收集粗产物，然后分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3～5次，在真空烘箱中60～80℃真空干燥5～10h，得到聚芳醚腈嵌段共聚物；其中，2,6-二氯苯甲腈、4,4’-二氯二苯砜的摩尔比为1：(8～20)，2,6-二氯苯甲腈和4,4’-二氯二苯砜总量与六氟双酚A、碳酸钾的摩尔比为1：(0.95～1.05)：(2.5～3)，N-甲基吡咯烷酮与甲苯的体积比为1:(0.2～0.5)；(2)聚芳醚腈嵌段共聚物与致孔剂混合溶液的制备：将步骤(1)得到的聚芳醚腈嵌段共聚物加入到极性溶剂中，得到浓度为10～20wt％的溶液，再加入致孔剂，加以100～300r/min的机械搅拌1～3h直至溶解完全，得到聚芳醚腈嵌段共聚物与致孔剂混合溶液；其中致孔剂为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羟甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸中的一种以上，极性溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种；致孔剂与聚芳醚腈嵌段共聚物的质量比为1：(5～20)；(3)聚芳醚腈多孔膜的制备：将步骤(2)得到的聚芳醚腈嵌段共聚物与致孔剂混合溶液浇筑到玻璃板上，用湿膜制备器刮出厚度为100～1000μm的液膜，然后将玻璃板及其表面的液膜一起浸泡在乙醇和水的混合溶液中，待液膜转化成固体膜后将其从玻璃板上剥离，然后继续在去离子水中浸泡1～3天，得到聚芳醚腈多孔膜；其中乙醇和水的体积比为1：(5～10)；(4)低介电常数聚芳醚腈的制备：将步骤(3)制备得到的聚芳醚腈多孔膜置于超净工作台上1～4h使其表面的水沥干，然后将其置于80～150℃的真空烘箱中真空干燥5～24h，自然冷却到室温，得到低介电常数聚芳醚腈。所述的低介电常数聚芳醚腈，其特征在于：该低介电常数聚芳醚腈的密度低于0.15g/cm3，孔隙率大于80％，介电常数在1kHz时小于1.5，介电损耗在1kHz时低于0.004，比模量大于1000MPa·cm3/g。本专利技术的有益效果：本专利技术制备得到的低介电常数聚芳醚腈的化学结构中含有三氟甲基和砜基基团，具有较低的极性，可以降低体系的介电常数；化学结构中还具有芳醚基团，使材料具有优异的力学性能、耐热性能以及耐化学腐蚀性能。除此之外，通过本专利技术制备的低介电常数聚芳醚腈内部具有大量的孔，可以有效地降低体系的介电常数。该低介电常数聚芳醚腈的密度可调通过致孔剂调节，其密度低于0.15g/cm3，孔隙率大于80％。通过调节其密度，该低介电常数聚芳醚腈的介电常数在1kHz时小于1.5，介电损耗在1kHz时低于0.004。该低介电常数聚芳醚腈还具有优异的力学性能，其比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低介电常数聚芳醚腈，其特征在于：该低介电常数聚芳醚腈的化学结构中含有三氟甲基、砜基和芳醚基团，呈现薄膜状，且该低介电常数聚芳醚腈薄膜内部含有大量的孔，该低介电常数聚芳醚腈的密度低于0.15g/cm

【技术特征摘要】
1.一种低介电常数聚芳醚腈，其特征在于：该低介电常数聚芳醚腈的化学结构中含有三氟甲基、砜基和芳醚基团，呈现薄膜状，且该低介电常数聚芳醚腈薄膜内部含有大量的孔，该低介电常数聚芳醚腈的密度低于0.15g/cm3，孔隙率大于80％，介电常数在1kHz时小于1.5，介电损耗在1kHz时低于0.004，比模量大于1000MPa·cm3/g。2.根据权利要求1所述的低介电常数聚芳醚腈的制备方法，其特征在于：其步骤以下：(1)聚芳醚腈嵌段共聚物的制备：将2,6-二氯苯甲腈加入到N-甲基吡咯烷酮中，得到浓度为0.02～0.1g/mL的溶液，之后将4,4’-二氯二苯砜、六氟双酚A、碳酸钾及甲苯依次加入上述溶液中，在160～180℃下脱水反应1～3h，再在180～210℃下脱水反应1～3h，将反应产物倒入丙酮中沉淀，收集粗产物，然后分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3～5次，在真空烘箱中60～80℃真空干燥5～10h，得到聚芳醚腈嵌段共聚物；其中，2,6-二氯苯甲腈、4,4’-二氯二苯砜的摩尔比为1：(8～20)，2,6-二氯苯甲腈和4,4’-二氯二苯砜总量与六氟双酚A、碳酸钾的摩尔比为1：(0.95～1.05)：(2.5～3)，N-甲基吡咯烷酮与甲苯的体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：危仁波，王玲玲，詹晨浩，尤勇，涂玲，刘孝波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51