一种微电子设备用聚酰亚胺/氮化铝杂化膜及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201710506252.5 | 申请日 | 2017-06-28 | 公开(公告)号 | CN107400360A | 公开(公告)日 | 2017-11-28 |
| 申请人 | 徐昌霞; | 发明人 | 徐昌霞; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种微 电子 设备用聚酰亚胺/氮化 铝 杂化膜，其制备首先将氮化铝进行表面 氧 化 热处理 ，提高其抗 水 化性能；然后以二苯醚四 羧酸 二酐、3,5-双（4- 氨 基苯氧基）苯 甲酸 为原料，合成聚酰胺 酸溶液 ，之后与氮化铝的分散液混合，通过室温球磨-搅拌处理，将聚酰胺酸溶液均匀包覆在氮化铝表面，之后将 混合液 涂膜干燥处理，进行梯度升温热酰亚胺化即得。本发明采用球磨工艺处理，明显优于传统的机械搅拌法，使氮化铝粉末更均匀地分散在聚酰亚胺膜料中， 薄膜 的击穿强度大幅度提高，明显降低了聚酰亚胺的 介电常数 ，满足微电子工业发展所要求的介电常数在2.5以下的要求。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种微电子设备用聚酰亚胺/氮化铝杂化膜，其特征在于，其制备首先将氮化铝进行表面氧化热处理，提高其抗水化性能；然后以二苯醚四羧酸二酐、3,5-双（4-氨基苯氧基）苯甲酸为原料，合成聚酰胺酸溶液，之后与氮化铝的分散液混合，通过室温球磨-搅拌处理，将聚酰胺酸溶液均匀包覆在氮化铝表面，之后将混合液涂膜干燥处理，进行梯度升温热酰亚胺化即得。 |
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| 说明书全文 | 一种微电子设备用聚酰亚胺/氮化铝杂化膜及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及聚酰亚胺材料领域，具体涉及一种微电子设备用聚酰亚胺/氮化铝杂化膜及其制备方法。 背景技术[0002] 近年来，随着高性能超大规模集成电路的广泛应用，电子电气产业逐步向集成化、小型化、大功率化和可靠性发展，集成电路导线密度的不断增加以及器件尺寸的不断减小对电介质提出了更高要求，要求相应电介质材料具有更低的介电常数。聚酰亚胺（PI）由于集多种优异性能于一体而广泛应用于电子电器产业中，但受制于其较高的本征介电常数，PI尚不能满足现代微电子元件的要求。因此，寻找一种兼具低介电常数和优异的热性能及力学性能的PI薄膜的方法仍是材料科学领域中的一个挑战。 [0003] 氮化铝材料与Al2O3、SiC等基片材料相比具有良好的电绝缘性、低的介电常数和介电损耗、与硅相匹配的热膨胀系数，并且化学性能稳定、无毒，因而是理想的半导体基片材料和大功率电子器件的封装材料。 [0004] 然而氮化铝粉末的表面极为活泼，在潮湿的环境极易与空气中的水蒸气发生水解反应，在氮化铝粉末表面形成氧化铝层，氮化铝晶格溶入大量的氧，降低其热导率，给氮化铝的储存、运输及后续的工艺过程带来很大困难。 发明内容[0006] 一种微电子设备用聚酰亚胺/氮化铝杂化膜，其制备首先将氮化铝进行表面氧化热处理，提高其抗水化性能；然后以二苯醚四羧酸二酐、3,5-双（4-氨基苯氧基）苯甲酸为原料，合成聚酰胺酸溶液，之后与氮化铝的分散液混合，通过室温球磨-搅拌处理，将聚酰胺酸溶液均匀包覆在氮化铝表面，之后将混合液涂膜干燥处理，进行梯度升温热酰亚胺化即得。 [0007] 具体步骤如下：（1）氮化铝的热处理： 取4-8份粒径在50-200nm的氮化铝粉末，置于干燥箱内过夜去除水分，然后放在真空管式炉中，通入氧气排尽空气，以加热速率为5℃/min条件，由室温加热至先加热到200℃保温 10分钟，再加热到300℃保温10分钟，之后以6-10℃/min的加热速率加热到850-950℃，保温 50-70分钟后自然冷却，将样品取出； （2）聚酰胺酸溶液的制备： 称量30-40份3,5-双（4-氨基苯氧基）苯甲酸置于三角烧瓶中，加入200-320份N-甲基吡咯烷酮，在氮气保护下，于23-28℃下剧烈机械搅拌直至3,5-双（4-氨基苯氧基）苯甲酸完全溶解，然后将32-48份二苯醚四羧酸二酐分三批加入并保持剧烈搅拌，每批间隔25-35分钟，随着均苯四甲酸酐不断溶解，体系粘度逐渐增大，待其全部溶解后继续搅拌2-3小时，得到粘稠的聚酰胺酸溶液； （3）球磨混合： 将上述经热处理后的氮化铝加到80-160份N-甲基吡咯烷酮中，超声2-3小时，得到均匀的分散液，将其添加到上述聚酰胺酸溶液中，将混合液置于带有搅拌功能的球磨罐中混合，球磨时间3-10小时，每球磨10-40分钟停机进行间歇搅拌，得到聚酰胺酸/氮化铝混合溶液； （4）热酰亚胺化处理： 将上述混合溶液在预先清洗干净的玻璃板上涂膜，在真空条件下静置1-3小时消泡，然后放入真空干燥箱40-60℃干燥过夜，之后置于通氮气的高温炉中进行梯度升温热酰亚胺化，自然冷却至室温，在蒸馏水中浸泡20-40分钟，进行脱膜，晾干即得聚酰亚胺/氮化铝杂化膜。 [0008] 其中，所述步骤（3）中球磨机的转速为200-400转/分钟。 [0009] 其中，所述步骤（4）中梯度升温工艺具体如下：分别于80℃、100℃、200℃保温1小时，300℃保温2小时进行梯度升温处理。 [0010] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：（1）本发明使用氧化气氛下热处理氮化铝粉末，使其表面形成致密的Al2O3膜，有效地阻止了氮化铝的水解反应，与聚酰胺酸溶液混合，通过球磨-搅拌工艺处理，明显优于传统的机械搅拌法，使氮化铝粉末更均匀地分散在聚酰亚胺膜料中，薄膜的击穿强度大幅度提高，明显降低了聚酰亚胺的介电常数，满足微电子工业发展所要求的介电常数在2.5以下的要求。 [0011] （2）本发明中合成的聚酰胺酸溶液与氮化铝混合，经球磨处理，羧酸基团可与氮化铝表面的-OH、-NH基团发生缩合反应，使氮化铝表面被聚酰胺酸大分子包覆，解决纳米氮化铝易于团聚的问题，有利于氮化铝与聚酰亚胺形成网络结构，使产品具有比机械搅拌法更高的热分解温度，另外可以进一步阻隔氮化铝粉末表面与空气的接触而消除纳米氮化铝的水解反应，保证长效高导热性能，可应用于电子封装等微型化工业领域。 具体实施方式[0012] 一种微电子设备用聚酰亚胺/氮化铝杂化膜，其制备首先将氮化铝进行表面氧化热处理，提高其抗水化性能；然后以二苯醚四羧酸二酐、3,5-双（4-氨基苯氧基）苯甲酸为原料，合成聚酰胺酸溶液，之后与氮化铝的分散液混合，通过室温球磨-搅拌处理，将聚酰胺酸溶液均匀包覆在氮化铝表面，之后将混合液涂膜干燥处理，进行梯度升温热酰亚胺化即得。 [0013] 具体步骤如下：（1）氮化铝的热处理： 取5份粒径在50-200nm的氮化铝粉末，置于干燥箱内过夜去除水分，然后放在真空管式炉中，通入氧气排尽空气，以加热速率为5℃/min条件，由室温加热至先加热到200℃保温10分钟，再加热到300℃保温10分钟，之后以6℃/min的加热速率加热到900℃，保温60分钟后自然冷却，将样品取出； （2）聚酰胺酸溶液的制备： 称量40份3,5-双（4-氨基苯氧基）苯甲酸置于三角烧瓶中，加入260份N-甲基吡咯烷酮，在氮气保护下，于25℃下剧烈机械搅拌直至3,5-双（4-氨基苯氧基）苯甲酸完全溶解，然后将45份二苯醚四羧酸二酐分三批加入并保持剧烈搅拌，每批间隔30分钟，随着均苯四甲酸酐不断溶解，体系粘度逐渐增大，待其全部溶解后继续搅拌3小时，得到粘稠的聚酰胺酸溶液； （3）球磨混合： 将上述经热处理后的氮化铝加到140份N-甲基吡咯烷酮中，超声2小时，得到均匀的分散液，将其添加到上述聚酰胺酸溶液中，将混合液置于带有搅拌功能的球磨罐中混合，球磨时间8小时，每球磨30分钟停机进行间歇搅拌，得到聚酰胺酸/氮化铝混合溶液； （4）热酰亚胺化处理： 将上述混合溶液在预先清洗干净的玻璃板上涂膜，在真空条件下静置2小时消泡，然后放入真空干燥箱50℃干燥过夜，之后置于通氮气的高温炉中进行梯度升温热酰亚胺化，自然冷却至室温，在蒸馏水中浸泡30分钟，进行脱膜，晾干即得聚酰亚胺/氮化铝杂化膜。 [0014] 其中，所述步骤（3）中球磨机的转速为400转/分钟。 [0015] 其中，所述步骤（4）中梯度升温工艺具体如下：分别于80℃、100℃、200℃保温1小时，300℃保温2小时进行梯度升温处理。 |
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