摘要
微电子技术的发展极大提高了集成电路的集成度，但这会伴随着电阻电容延迟、功耗大和线间串扰噪声等问题，特别是在高频下，电介质薄膜的极化损耗会显著增加，这会导致集成电路内部热失控和信号传输速度降低。柔性绝缘薄膜作为柔性印刷电路板（FPC）的基础层，对于FPC上的高密度电路和电子元器件起着绝缘作用，其机械性能、耐热性能和介电性能等对于确保5G通讯信号的高速可靠传输至关重要。芳香族聚酰亚胺（PI）因其优异的介电、机械和耐热性能，广泛应用于柔性电路板中。然而，PI薄膜在高频范围的介电常数相对较高，不能满足高频通信的要求。 为了开发在高频工况下兼具低介电常数、低介电损耗和高耐热性的PI基复合薄膜，本文在合成了含氟聚酰亚胺（FPI）的基础上，以FPI为基体，分别以制备的多孔超交联聚合物（HCP）和市售的本征低介电聚四氟乙烯（PTFE）为改性填料，制备了低介电常数和低介电损耗的全有机柔性绝缘复合薄膜，以期满足5G等高频通讯需求，具体研究工作如下: （1）为获取本征型低介电PI薄膜，选择含有三氟甲基的二酊单体和含有醚键的二胺单体为原料，制备得到前驱体聚酰胺酸溶液，再进行阶梯高温亚胺化，得到成膜性优异的柔性FPI薄膜，并利用单体中的柔性或大位阻效应的基团来降低分子链堆积密度，提高空隙率，含氟基团的引入还可以降低整体的电子极化率，最终获得本征型低介电FPI薄膜。结果表明，合成的FPI薄膜在8.2-10.5 GHz的介电常数在2.8以下，5％热分解温度（T5％）为508℃,玻璃化转变温度（Tg）为305.9℃,热膨胀系数（CTE）的平均值为54.6ppm/K,拉伸强度为100MPa,拉伸模量为2.1 GPa,断裂伸长率为7％,显示了良好的介电性能、热稳定性和力学性能。 （2）通过机械球磨法制得高孔隙率的HCP,将其分散在FPI的前驱体聚酰胺酸中，通过两步法制得全有机体系柔性绝缘复合薄膜，调控HCP的填充量，研究其对复合薄膜的介电性能、耐热性能和机械性能的影响。实验结果表明，制备的HCP的微孔的孔径集中在1.3 nm左右，比表面积高达1957 m2/g。当HCP在复合薄膜中的含量在5-20 wt％时，复合薄膜的T5％都在425℃以上，Tg范围在295-306℃,当复合薄膜中HCP含量在15 wt％时，复合薄膜的CTE最低值为46.67 ppm/K,较纯膜降低了 14.5％,表现出良好的耐热性能和热稳定性。当复合薄膜中HCP的含量为10 wt％时，复合薄膜在8.2-9.6 GHz时介电常数达到了 1.7,在9.5-10.0 GHz频段内的介电损耗小于0.01,拉伸强度为66.5 MPa,拉伸模量为2.2 GPa,断裂伸长率为4.6％。由上述分析分析可知，引入HCP可以有效降低FPI基复合薄膜在高频下的介电常数和介电损耗，同时较好地保持了薄膜的耐热和机械性能，该方法易于拓展到其它有机成分填充的全有机PI体系。 （3）在制备FPI的前驱体聚酰胺酸中加入有机碱，制得水溶性的聚酰胺酸盐（PAAS）,采用低介电商品化聚四氟乙烯（PTFE）浓缩分散液，与干燥后的PAAS进行复合形成水分散系，研究其对复合薄膜的介电、耐热和机械性能的影响。实验结果表明，随着PTFE含量的增加，复合薄膜的介电常数降低，当PTFE填充量为50wt％时，介电常数达到最小值（Dk=1.5@8.5GHz）,10 wt％ PTFE/FPI在9.25-10.25 GHz频段内的介电损耗小于0.03。PTFE含量在10-50 wt％时，复合薄膜Tg范围为289-297℃，T5％都大于508℃,表明复合薄膜具有优异的热稳定性。随着PTFE填充量的增加，40wt％PTFE/FPI的CTE低至59.67 ppm/K,较本章的纯FPI膜下降了 28.4％。当PTFE填充量为20 wt％时，复合膜的拉伸强度为70 MPa,拉伸模量为1.59GPa,断裂伸长率为7.7％,该全有机PI复合薄膜，在高频下具有超低介电常数，总体性能良好，具有工业化应用的潜能。 本论文制备的FPI纯膜和全有机FPI复合绝缘薄膜实现了高频下的超低介电常数和特定频率点的低介电损耗，同时兼具良好的成膜、耐热和机械性能，该低介电FPI复合薄膜的制备方法，易于拓展到其它多孔聚合物组分、低介电水相分散聚合物组分与PI基体的复合体系，为设计制备适用于高频通讯FPC的低介电聚合物薄膜提供实验参考。
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