摘要
聚酰亚胺材料因其具有优异的耐热性能和绝缘性能，在微电子领域作为柔性印刷电路板制造中不可或缺的高性能绝缘材料已获得广泛应用。近年来，微电子产品更加趋于小型化、轻薄化、柔性化、集成化和多功能化，电子器件越来越多地采用基于柔性印刷电路板进行高密度多层布线的方式进行制造。伴随着第五代移动通信技术(5G)的发展，对于电子器件在高频高速环境下进行大容量数据快速传输的可靠性提出了更高的要求。为了减少高密度多层布线中导线电流造成的信号干扰，降低高频下的电子信号传输损耗和延迟，采用具有更低介电常数(Dk)和介电损耗(Df)的绝缘材料是最有效的解决方案。此外，在柔性印刷电路板制造以及多层电路板叠层布线加工中，均需要采用胶黏剂对聚酰亚胺绝缘基板与导电铜箔进行粘接。由于电子器件需要承受260-280℃的高温回流焊加工制程，目前商业化的丙烯酸类和环氧类胶黏剂耐热性能较低，在加工过程中易发生胶层开裂，造成电路板鼓泡和翘曲，无法满足电子器件高可靠性的要求。因此，发展在高频下具有优异介电性能的聚酰亚胺材料，实现低介电、高耐热与高粘接性的兼容具有重要的理论意义和应用价值。 本论文针对5G技术发展对高性能绝缘材料的应用需求，开展了高频低介电聚酰亚胺薄膜和层间粘接材料的研究。以柔性印刷电路绝缘基板应用为导向，开发了具有优异耐热性能和力学性能，以及良好介电性能的可溶性聚四氟乙烯聚酰亚胺(PFA/PI)复合薄膜;为满足柔性电路板多层布线加工对耐高温绝缘粘接材料的应用要求，发展了兼具优异耐热性能、粘接性能和介电性能的含硅氧烷聚酰亚胺(PIS)薄膜，考察了芳香二胺结构、硅氧烷结构与含量对PIS薄膜介电性能的影响，采用模拟计算初步建立了聚合物结构的自由体积与单位体积极化率与介电性能的关系。研究工作主要内容包括: 1.利用超声分散将低极性的可溶性聚四氟乙烯(PFA)与基于刚性芳香二酐PMDA与柔性二胺4，4''-ODA制备的聚酰胺酸共混，设计制备了PFA/PI复合薄膜（PIF系列），考察了PFA含量对复合薄膜耐热性能、介电性能和力学性能的影响。结果表明，复合薄膜具有优异的耐热性能和良好的力学性能，随着PFA含量的提高，复合薄膜的吸湿率和介电常数呈下降趋势，高频下的介电损耗得到一定程度的改善，当PFA质量百分数达到30％时，PI-f30薄膜在10GHz下的Dk和Df值可降低至2.84和0.014。 2.基于刚性芳香二酐PMDA与六种不同结构的含三氟甲基或醚键结构芳香二胺和硅氧烷二胺SiDA制备了系列含硅氧烷聚酰亚胺薄膜（PIS-A系列），系统研究了不同芳香二胺结构以及氟含量和酰亚胺含量等因素对其耐热性能、力学性能、介电性能以及粘接性能的影响。结果表明，刚性芳香二胺结构赋予薄膜优异的耐热和力学性能;引入大自由体积和低摩尔极化度的三氟甲基可显著降低薄膜的介电常数，采用柔性长链结构的二胺可显著降低聚合物中酰亚胺极性基团的含量，从而降低薄膜的介电损耗，其中PIS-A6(PMDA/HFBAPP-SiDA)薄膜由于酰亚胺含量较低以及三氟甲基和柔性醚键结构的存在具有最佳的综合性能，10GHz下的Dk和Df分别为3.15和0.0062，与铜箔粘接的剥离强度达到9.2N/cm。 3.基于刚性芳香二酐PMDA和柔性长链芳香二胺HFBAPP，与三种硅氧烷二胺SiDA、PDMS和APDS设计制备了系列含硅氧烷聚酰亚胺薄膜(PIS-A、PIS-B和PIS-C系列)，系统考察了硅氧烷二胺的结构与含量对薄膜耐热性能、力学性能、介电性能和粘接性能等的影响，并采用模拟计算初步建立了聚合物的自由体积与单位体积极化率与介电性能的关系。结果表明，基于长链硅氧烷结构PDMS制备的PIS-B薄膜具有更低的单位体积极化率和更低的酰亚胺含量，有助于降低分子链的极化程度和相互作用，从而赋予薄膜更优异的介电特性，在10GHz下的Dk和Df值仅为3.07和0.0044。同时该体系薄膜兼具优异耐热性能和粘接性能，Tg高达385℃，与PI薄膜粘接的剥离强度为5.5N/cm。增加硅氧烷含量有助于介电性能的进一步改善，并赋予薄膜更好的粘接性能。
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