低介电常数聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能研究
发布时间：2021-03-25 06:30
在微电子工业中,由于高集成度、特征尺寸的减小,导致信号阻容（RC）延迟、信号串扰和额外功耗的影响日益增大,因而采用具有低介电常数的层间电介质材料以减弱此影响变得日益重要。聚酰亚胺（Polyimide,PI）材料因其优异的电气绝缘性能（介电常数≈3.04.0,介电损耗≈0.02）、机械性能和耐高温性等特点而被广泛用作柔性介质材料。然而,其介电常数需要进一步降低,才能更好地满足当前微电子产业高集成度的发展需求。本论文以开发具有更低介电常数的PI薄膜为目标,首先研究了四种由不同结构重复单元形成的PI薄膜重复单元结构与其性能之间的关系,而后选择上述研究中介电常数最低的PI体系,通过化学亚胺化的方式使其完成亚胺化过程,制得N,N’-二甲基甲酰胺（N,N’-Dimethylformamide,DMF）溶剂可溶型PI粉末。随后将沸石咪唑酯骨架化合物8（Zeolite imidazole framework-8,ZIF-8）纳米颗粒引入到DMF溶剂可溶型PI基底中,以进一步降低其介电常数。ZIF-8具有高孔隙率、稳定的骨架结构以及良好的有机相容性和超疏水性,能够向聚合物中引入纳米...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（A）电子位移极化、（B）离子位移极化、（C）偶极子极化和（D）空间电荷极化的示意图[5]
第1章绪论5图1.2电介质材料的极化响应过程与频率的关系[9,10]Fig.1.2Polarizationresponseasfunctionoffrequencyfordielectricmaterials[9,10]1.2.3电介质材料的表征参数在电介质材料的基本特性参数中，电容量、介电常数和介电损耗是表征电介质材料介电性能的最基本特征参数。其中介电常数和介电损耗最为重要。电容（C）随着电极板面积（A）和中间介质的介电常数（ε）的增大而增大，随极板间距（d）减小而增大，电容量的计算公式如(1-1)所示：C=0...（1-1）其中0为真空介电常数，0=8.85×10-12F·m-1，为电介质的相对介电常数。而在交变电场中，介电常数常用复数形式来表示，如式1-2所示：ε=ε"-ε"...（1-2）式中ε"是复介电常数的实部，ε"是复介电常数的虚部。实部ε"即为通常所说的介电常数，介电常数是材料的本征性质，表示材料的电荷储存能力，不受外界环境影响；虚部ε"即为通常所说的介电损耗，表示材料在外电场作用下的能量损耗，其主要来源于介质材料在外电场作用下的发热所造成的能量耗散以及介质材料在电场下发生偶极子转向而产生的松弛损耗。而实际生活中，常用介电损耗正切值，也即损耗因子tanδ，表征介质材料的介电损耗程度，tanδ计算公式如(1-3)所示:tanδ="′...(1-3)
低介电常数聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能研究61.3聚酰亚胺材料概述1.3.1聚酰亚胺的结构与性能聚酰亚胺(Polyimide，PI)是一类高性能工程聚合物材料，因在其主链中含有酰亚胺环结构而得名。根据其结构进行分类，PI可以分为脂肪族聚酰亚胺、全芳香族聚酰亚胺和半芳香族聚酰亚胺三类。其中因为其性能最为常见的是芳香族聚酰亚胺，可用通式表示如图：图1.3全芳香族聚酰亚胺化学结构Fig.1.3Chemicalstructureoffullyaromaticpolyimide二胺、二酐分子结构中Ar1、Ar2部分的变化，能够在较大范围内调节聚酰亚胺的性质。刚性的酰亚胺环结构和较强的分子间作用力使其具有良好的耐热性、耐溶剂性、耐辐射、高绝缘和优异的力学性能[11,12]。其性能特征如下表1.1所示：表1.1聚酰亚胺的性能特征统计Table1.1Propertiesofthepolyimides性能性能指标具体特征热学性能耐热性玻璃化转变温度（）一般>250oC，热分解温度（）一般>500oC热尺寸稳定性较低的热膨胀系数（CTE），一般在10-80ppm/oC。联苯型PI的CTE可低至1ppm/oC耐低温性-269oC液氦中不会脆裂力学性能拉伸强度/杨氏模量均苯型PI拉伸强度>170MPa，联苯型拉伸强度≈400MPa；薄膜杨氏模量≈3-4GPa，纤维杨氏模量>200GPa电学性能介电常数/介电损耗介电常数稳定，3.0-4.0之间，介电损耗10-3左右。对频率、温度稳定性好
本文编号：3099211
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（A）电子位移极化、（B）离子位移极化、（C）偶极子极化和（D）空间电荷极化的示意图[5]
第1章绪论5图1.2电介质材料的极化响应过程与频率的关系[9,10]Fig.1.2Polarizationresponseasfunctionoffrequencyfordielectricmaterials[9,10]1.2.3电介质材料的表征参数在电介质材料的基本特性参数中，电容量、介电常数和介电损耗是表征电介质材料介电性能的最基本特征参数。其中介电常数和介电损耗最为重要。电容（C）随着电极板面积（A）和中间介质的介电常数（ε）的增大而增大，随极板间距（d）减小而增大，电容量的计算公式如(1-1)所示：C=0...（1-1）其中0为真空介电常数，0=8.85×10-12F·m-1，为电介质的相对介电常数。而在交变电场中，介电常数常用复数形式来表示，如式1-2所示：ε=ε"-ε"...（1-2）式中ε"是复介电常数的实部，ε"是复介电常数的虚部。实部ε"即为通常所说的介电常数，介电常数是材料的本征性质，表示材料的电荷储存能力，不受外界环境影响；虚部ε"即为通常所说的介电损耗，表示材料在外电场作用下的能量损耗，其主要来源于介质材料在外电场作用下的发热所造成的能量耗散以及介质材料在电场下发生偶极子转向而产生的松弛损耗。而实际生活中，常用介电损耗正切值，也即损耗因子tanδ，表征介质材料的介电损耗程度，tanδ计算公式如(1-3)所示:tanδ="′...(1-3)
低介电常数聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能研究61.3聚酰亚胺材料概述1.3.1聚酰亚胺的结构与性能聚酰亚胺(Polyimide，PI)是一类高性能工程聚合物材料，因在其主链中含有酰亚胺环结构而得名。根据其结构进行分类，PI可以分为脂肪族聚酰亚胺、全芳香族聚酰亚胺和半芳香族聚酰亚胺三类。其中因为其性能最为常见的是芳香族聚酰亚胺，可用通式表示如图：图1.3全芳香族聚酰亚胺化学结构Fig.1.3Chemicalstructureoffullyaromaticpolyimide二胺、二酐分子结构中Ar1、Ar2部分的变化，能够在较大范围内调节聚酰亚胺的性质。刚性的酰亚胺环结构和较强的分子间作用力使其具有良好的耐热性、耐溶剂性、耐辐射、高绝缘和优异的力学性能[11,12]。其性能特征如下表1.1所示：表1.1聚酰亚胺的性能特征统计Table1.1Propertiesofthepolyimides性能性能指标具体特征热学性能耐热性玻璃化转变温度（）一般>250oC，热分解温度（）一般>500oC热尺寸稳定性较低的热膨胀系数（CTE），一般在10-80ppm/oC。联苯型PI的CTE可低至1ppm/oC耐低温性-269oC液氦中不会脆裂力学性能拉伸强度/杨氏模量均苯型PI拉伸强度>170MPa，联苯型拉伸强度≈400MPa；薄膜杨氏模量≈3-4GPa，纤维杨氏模量>200GPa电学性能介电常数/介电损耗介电常数稳定，3.0-4.0之间，介电损耗10-3左右。对频率、温度稳定性好
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