可交联的含氟聚合物及由其形成的涂层制造技术

本发明专利技术提供一种包含含氟聚合物的高油接触角涂层、用于形成涂层的组合物和方法以及包含涂层的制品。含氟聚合物是由单体四氟乙烯、氟(烷基乙烯基醚)或氟(烷基乙烯)、烷基乙烯基醚和烯基硅烷共聚制备的可交联的四元共聚物含氟聚合物。当含氟聚合物处于未交联或经交联状态时，含氟聚合物涂层具有高油接触角和作为涂层的效用。涂层的效用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可交联的含氟聚合物及由其形成的涂层
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年7月10日提交的美国临时申请第63/050,266号的优先权，其公开内容全文以引用方式并入本文。


[0003]本公开涉及包含含氟聚合物的高油接触角涂层、用于形成涂层的组合物和方法以及包含涂层的制品。含氟聚合物是由四氟乙烯、氟(烷基乙烯基醚)或氟(烷基乙烯)、烷基乙烯基醚和烯基硅烷共聚制备的可交联的四元共聚物。

技术介绍

[0004]聚合物用于电子器件中以提供结构支撑和绝缘以及用于保护该器件免受物理损伤和防水。如果这些聚合物是可交联的，例如可光交联的，从而允许形成具有限定尺寸的图案，则该聚合物在这些应用中的价值极大地增加，从而提供用于互连多个电子部件和层的三维架构。
[0005]随着电子器件以及它们的特征变得越来越小，移动到更高的频率并具有更低的功耗，用于制造电子器件的常规材料(诸如聚酰亚胺)不能满足对具有所需性质(诸如较低介电常数、较低损耗角正切值、较低吸湿性、对基板的粘附性、以及更高的流体接触角)的新材料的要求。在该领域中使用的常规聚合物具有例如在3.0至3.3的范围内的介电常数，以及例如在0.8％至1.7％的范围内的无法接受的吸水率。
[0006]吸水率是电子器件应用中常规聚酰亚胺的一个重大缺陷，并且可导致形成酸，该酸导致器件中金属和无机物的腐蚀。此类腐蚀是不可取的，因为其可通过侵蚀信号传输质量和钝化层与被涂覆表面的分层而导致器件失效。此外，从介电常数的角度来看，钝化层的吸水性是不可取的，其对构成包含钝化层的聚合物的水含量增加非常敏感并且由于水含量增加而不可取地升高。这些缺陷在其中以高频率传输数据的新型电子器件中是尤其令人关注的。装置的操作频率越高，其对由所吸收的水导致的性能下降越敏感。
[0007]随着电子器件和器件特征变得越来越小，在导体之间使用的绝缘材料的介电常数成为器件性能中越来越重要的因素。随着相邻导体之间的距离变小，所产生的电容(绝缘材料的介电性质除以导电路径之间的距离的函数)增加。电容的增加导致跨芯片传送信号的相邻导体之间的增加的电容耦合、串扰。增加的电容进一步导致集成电路的功耗增加以及电阻器
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电容器时间常数增加，后者导致信号传播速度降低。小型化的影响导致增加的功耗，限制了可实现的信号速度，并且降低了用于确保适当集成电路器件操作的噪声容限。降低功耗和串扰的一种方式是降低隔离导体的绝缘体或电介质的介电常数。最常见的半导体电介质是二氧化硅，其具有约3.9的介电常数(k)。相比之下，空气(包括部分真空)具有刚刚超过1的介电常数。其它绝缘材料可提供具有约2.0至3.0范围内的低介电常数的膜，其显著低于二氧化硅膜的介电常数。因此，众所周知，在使用某些有机或无机绝缘材料时减小的电容可导致上述电容耦合等问题的减轻。
[0008]许多介电材料已被建议用作半导体器件中的介电膜涂层，但它们中的大多数被认为在满足严格的电学和物理要求方面是不令人满意的。形成介电膜的材料包括通过化学气相沉积(CVD)工艺施加在图案化布线分层结构上的无机材料。可用的无机介电材料的典型示例包括二氧化硅、氮化硅和磷硅酸盐玻璃。这些无机电介质通过CVD工艺的优选形成使得这些无机电介质层固有地有缺陷，这是因为基于等离子体的沉积工艺再现了下面的布线图案的不均匀和阶梯式轮廓结构。另一方面，几种有机和有机/无机介电材料如聚酰亚胺树脂、有机旋涂玻璃和其它类似的介电材料在介电涂层和/或相关材料/涂层的一种或多种所需电或物理性质方面通常不令人满意。例如，几种聚酰亚胺树脂由于它们的极化化学结构而表现出高吸湿性。
[0009]电润湿是在跨固体/液体界面施加的外部电压的影响下接触角减小的现象。电润湿已经成为用于操纵表面上的微量液体的广泛使用的工具。电润湿已显示通过改变表面张力的微米级流体运动操纵的潜力，其已广泛用于诸如化学、生物工程、“芯片实验室(lab
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chip)”器件和传感器以及电子显示器的应用中。电润湿显示器反射环境光以提供具有竞争优势的纸状显示器，诸如能够进行视频回放、低功耗、阳光可读性和阅读舒适度。已经发现含氟聚合物涂层在电润湿应用中具有商业效用，这是由于液体(诸如油和水)在此类涂层上表现出高接触角。电润湿显示器的性能受益于具有最大化的油接触角的含氟聚合物涂层。
[0010]一直需要用作电子器件中的涂层的改进的氟化聚合物材料，该氟化聚合物材料具有低介电常数、低吸水率并表现出改进的油接触角，同时还表现出对基板的合适粘附性。如果此类氟化聚合物材料可光交联，则对于增加的涂层强度和允许涂层光成像以产生用于电子部件和层的细线结构涂层是额外有益的。

技术实现思路

[0011]本公开通过在一个实施方案中提供一种可光交联的含氟聚合物来满足这些需要，该可光交联的含氟聚合物基本上由源自以下单体的重复单元组成：(a)四氟乙烯；(b)氟(烷基乙烯基醚)或氟(烷基乙烯)，其中氟烷基基团具有1至10个碳原子；(c)烷基乙烯基醚，其中烷基基团为C1至C6直链烷基基团或C3至C6支链或环状烷基基团；以及(d)由式SiR1R2R3R4表示的烯键式不饱和硅烷，其中R1为烯键式不饱和烃基团，R2和R3独立地选自取代或未取代的芳基、取代或未取代的芳基取代的烃基团、取代或未取代的直链或支链烷氧基基团、取代或未取代的环状烷氧基基团、取代或未取代的直链或支链烷基基团、或取代或未取代的环状烷基基团，并且R4为取代或未取代的直链或支链烷氧基基团、或取代或未取代的环状烷氧基基团。
[0012]在另一个实施方案中，本公开涉及一种涂层，该涂层包含设置在基板的至少一部分上的可光交联的涂料组合物层，其中涂料组合物包含前述可光交联的含氟聚合物，其中：该可光交联的含氟聚合物具有约10，000道尔顿至约350,000道尔顿的数均分子量；涂料组合物具有通过本文所述的接触角方法所测量的至少38的油接触角，并且光交联的涂料组合物层具有约0.5微米至约15微米的厚度。
[0013]在另一个实施方案中，本公开涉及一种涂层，该涂层包含设置在基板的至少一部分上的经交联的涂料组合物层，其中涂料组合物包含：i)前述可交联的含氟聚合物，ii)光
酸产生剂；和iii)任选的光敏剂；其中：该可交联的含氟聚合物具有约10,000道尔顿至约350,000道尔顿的数均分子量，经交联的涂料组合物具有通过本文所述的接触角法测得的至少38的油接触角，并且该经交联的涂料组合物层具有约0.5微米至约15微米的厚度，并且任选地具有宽度为约0.5微米或更大的光交联的特征。
[0014]在另一个实施方案中，本公开涉及一种用于形成光交联的涂层的方法，包括：(1)提供可光交联的涂料组合物，该可光交联的涂料组合物包含：i)前述可光交联的含氟聚合物；ii)光酸产生剂；iii)任选的光敏剂；和iv)载体介质；(2)将可光交联的涂料组合物层施加到基板的至少一部分上；(3)移除该载体介质的至少一部分；(4)用紫外光照本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种可交联的含氟聚合物，所述可交联的含氟聚合物基本上由源自以下单体的重复单元组成：(a)四氟乙烯；(b)氟(烷基乙烯基醚)或氟(烷基乙烯)，其中氟烷基基团具有1至40个碳原子；(c)烷基乙烯基醚，其中烷基基团为C1至C6直链烷基基团或C3至C6支链或环状烷基基团；(d)由式SiR1R2R3R4表示的烯键式不饱和硅烷，其中R1为烯键式不饱和烃基团，R2和R3独立地选自取代或未取代的芳基、取代或未取代的芳基取代的烃基团、取代或未取代的直链或支链烷氧基基团、取代或未取代的环状烷氧基基团、取代或未取代的直链或支链烷基基团、或者取代或未取代的环状烷基基团，并且R4为取代或未取代的直链或支链烷氧基基团、或者取代或未取代的环状烷氧基基团。2.根据权利要求1所述的可交联的含氟聚合物，其中所述氟(烷基乙烯基醚)是全氟(烷基乙烯基醚)。3.根据权利要求1所述的可交联的含氟聚合物，其中所述氟(烷基乙烯)是全氟(烷基乙烯)。4.根据权利要求1所述的可交联的含氟聚合物，其中所述氟(烷基乙烯基醚)或氟(烷基乙烯)由以下通式表示：CXY＝CZ
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Oa
‑
RF，其中：a是0或1；X、Y和Z独立地选自H和F；并且RF是具有1至40个碳原子的饱和氟烷基基团。5.根据权利要求4所述的可交联的含氟聚合物，其中RF含有醚氧。6.根据权利要求5所述的可交联的含氟聚合物，其中所述RF的特征在于具有主链中的氧原子被具有1至3个碳原子的饱和氟碳重复基团隔开的饱和链结构。7.根据权利要求6所述的可交联的含氟聚合物，其中所述饱和氟碳重复基团选自由以下项组成的组：
‑
CF2O
‑
、
‑
CF2CF2O
‑
、
‑
CF2CF2CF2O
‑
和
‑
CF(CF3)CF2O
‑
。8.根据权利要求2所述的可交联的含氟聚合物，其中所述全氟(烷基乙烯基醚)选自由以下项组成的组：全氟(甲基乙烯基醚)、全氟(乙基乙烯基醚)和全氟(丙基乙烯基醚)、全氟(正丁基乙烯基醚)、CF3(CF2)7OCF＝CF2、CF2＝CFOCF(CF3)CF2OCF2CF2CF3、CF3OCF2OCF2OCF2CF2OCF＝CF2、C3F7OCF(CF3)CF2OCF＝CF2和CF3CF2CF2O(CF(CF3)CF2O)
n
CF＝CF2，其中n是3
‑
7的整数。9.根据权利要求1所述的可交联的含氟聚合物，其中所述氟(烷基乙烯)选自由以下项组成的组：CF3(CF2)4CF＝CF2、CF3CF2CF2O(CF(CF3)CF2O)
n
CF(CF3)CH2OCH2CH＝CH2，其中n是10
‑
24的整数，和CF3CF(CF3)O(CF2O)
n
CF(CF3)CH2OCH2CH＝CH2，其中n是1
‑
5的整数。10.根据权利要求1所述的可交联的含氟聚合物，其中所述烷基乙烯基醚选自由以下项组成的组：甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚和丙基乙烯基醚。11.根据权利要求1所述的可交联的含氟聚合物，其中所述烯键式不饱和硅烷具有式SiR1R2R3R4，并且其中R1为烯键式不饱和烃基团，R2为芳基、芳基取代的烃基团、支链C3
‑
C6烷氧基基团、或者取代或未取代的环状C5
‑
C6烷氧基基团，并且R3和R4独立地选自直链或支链C1
‑
C6烷氧基基团、或者取代或未取代的环状C5
‑
C6烷氧基基团。12.一种涂层，所述涂层包含设置在基板的至少一部分上的涂料组合物层，其中所述涂料组合物包含：
i)根据权利要求1所述的可交联的含氟聚合物，其中：所述可交联的含氟聚合物具有约10,000道尔顿至约350,0...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈旭东，
申请(专利权)人：科慕埃弗西有限公司，
类型：发明
国别省市：