聚酰亚胺薄膜的改性、分类及其在电子行业中的应用

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1、聚酰亚胺薄膜的改性、分类及其在电子行业中的应用摘要聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，无明显熔点，高绝缘性能，103赫下介电常数4.0，介电损耗仅0.004～0.007。而由于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"，并认为"没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术"。由于上述聚酰亚胺在性能上的特点，在众多的聚合物中，很难找到如聚酰亚胺这样具有如此广泛的应用方面，而且在每一个方面都显示了极为突出的性

2、能。首先是在薄膜上的应用：它是聚酰亚胺最早的商品之一，用于电机的槽绝缘及电缆绕包材料。主要产品有杜邦Kapton,宇部兴产的Upilex系列和钟渊Apical。透明的聚酰亚胺薄膜可作为柔软的太阳能电池底板。其次是在微电子器件中的应用：用作介电层进行层间绝缘，作为缓冲层可以减少应力、提高成品率。作为保护层可以减少环境对器件的影响，还可以对a-粒子起屏蔽作用，减少或消除器件的软误差。再则还可应用在电-光材料中：其用作无源或有源波导材料光学开关材料等，含氟的聚酰亚胺在通讯波长范围内为透明，以聚酰亚胺作为发色团的基体可提高材料的稳定性。聚酰亚胺作为很有发展

3、前途的高分子材料已经得到充分的认识，在绝缘材料中和结构材料方面的应用正不断扩大。在功能材料方面正崭露头角，其潜力仍在发掘中。关键词：聚酰亚胺；薄膜；低介电常数；电子工业1.引言聚酰亚胺(PI)是重复单元中含有酰亚胺基团的芳杂环高分子化合物，刚性酰亚胺结构赋予了聚酰亚胺独特的性能，如良好的力学性能、耐高温性能、尺寸稳定性、耐溶剂性等，成功应用于航空、航天、电子电器、机械化工等行业。随着微电子工业的不断发展，对相关材料的耐热性能以及介电性能等提出了更高的要求，这为PI材料在微电子领域内的应用起到了极大的推动作用[1]。而随着科技的日新月异与工业技术的蓬

4、勃发展，聚酰亚胺薄膜(PolyimideFilm，简称PI)除能符合各类产品的基本物性要求，更具备高强度、高韧性、耐磨耗、耐高温、防腐蚀等特殊性能，可符合轻、薄、短、小之设计要求，是一种具有竞争优势的耐高温的绝缘材料。经过四十多年的发展，已经成为电子、电机两大领域上游重要原料之一，广泛应用于软板、半导体封装、光伏(太阳能)能源、液晶显示器等电子领域，在电机领域应用于航天军工、机械、汽车等各产业绝缘材料[2]。本论文通过介绍聚酰亚胺膜的各种改性方法及研究进展，来进一步认识其在电子行业中的应用。2.对聚酰亚胺的不同改性尝试根据Clausius-Moso

5、tti方程，材料的介电常数与其摩尔极化率和摩尔体积密切相关[3]。如果分子的对称性好，在外加电场中不容易被极化，材料就具有较低的介电常数，如有机高分子；若分子变形能力强容易被极化，材料就具有较高的介电常数，如金属离子。因此，要得到低介电常数PI绝缘材料，一种行之有效的方法就是引入原子序数小的元素，如氟元素，并减少离子键的数目。降低PI介电常数的方法主要包括引入氟原子降低PI的极化率、引入硅氧烷增大PI分子的自由体积、引入孔洞降低PI材料的密度等。事实上，这些方法常常被结合起来使用以达到更好的效果[4]。2.1　引入氟原子降低PI的极化率由于C—F键

6、的偶极极化能力较小，且能够增加分子间的空问位阻，因而引入C—F键可以有效降低介电常数，使得含氟聚酰亚胺(FluorinatedPoly．imide，FPI)在微电子领域的应用相当广泛。人们相继开发出了一系列含有全氟脂肪链、含三氟甲基和六氟丙基、芳氢氟代、含氟侧基以及全氟的聚酰亚胺。其中，以通过在单体化学结构中引入三氟甲基提高含氟量的方法最为常见，这是因为庞大的三氟甲基的引入既能够阻止高分子链的紧密堆积，有效地减少高度极化的二酐单元的分子间电荷传递作用，还能进一步增加高分子的自由体积分数，达到降低介电常数的目的。2.2　引入硅氧烷增大PI自由体积由于

7、聚合物自由体积的增大可以降低单位体积内极性基团的数量，实验中常采用加入硅氧烷如笼型倍半硅氧烷(POSS)的方式。S.Devaraju等[5]在由双酚A醚二胺(BEAD)和均苯四甲酸二酐(PMDA)制备得到的PI中引入OAPS，未加入OAPS的PI介电常数为3.34，而OAPS在体系中质量分数为15%时，可获得介电常数低至2.68的POSS-PI杂化材料。基于分子层面设计的低介电材料可用于集成电路工业，T.Seckin等[6]将POSS通过多点连接PI制备了一种POSS–PI星形纳米复合材料。包含PI的POSS–NH2表现出许多可取的特性，包括低的水

8、吸附性和高的热稳定性。研究表明，在PI分子主链中适当引入POSS，能使材料的介电常数降低，同时改善其力学性能和热性能。N.