摘要
近年来，随着5G通信技术的发展，微型设备和高频高速通信设备大量涌现，作为电子元件的载体——印刷电路板需要低介电材料作为基体树脂。低的介电常数可以保证信号的传输速度，而低的介电损耗因子则可保证信号的传输质量。尽管通用的树脂如聚酰亚胺，环氧树脂，氰酸酯、液晶聚合物（LCP）和聚苯醚等可以满足低频下的材料需求，但是它们在高频下的介电损耗则需要进一步改善。聚四氟乙烯虽然具有优异的高频低介电特性，但缺乏足够的加工性能和尺寸稳定性。苯并环丁烯（BCB）树脂因其优异的介电性能、热稳定性、成膜性、黏接性和低收缩率等，已被作为高频材料广泛研究。然而，已有的BCB树脂仍然存在合成步骤多，高频下的介电损耗较高等缺点，因此需要研究新型的BCB材料，以满足业界需求。鉴于BCB树脂的化学结构易于修饰，本文通过结构设计、单体合成及性能表征，分别研究了树脂中含氟量、交联密度以及有无氧原子对树脂性能的影响，完成了以下四部分工作: 第一部分，从二烯丙基双酚AF出发，合成了一种新型的含氟苯并环丁烯（BCB）单体VAFO-BCB。与已有的报道相比，该含氟单体的合成简单且引入烯丙基降低了单体的熔点，增加了聚合物交联度。单体VAFO-BCB固化后所得树脂表现出良好的热稳定性、高疏水性、并且在5 GHz的高频下具有低介电常数（Dk=2.56）和低介电损耗因子（Df=1.2× 10-3）。这些结果优于不含三氟甲基的类似树脂（VAO-BCB）。 第二部分，我们设法对上一部分工作的方案进行改进，研究提升含氟量来降低介电常数。现有研究中，往往需要多步反应才能实现氟含量的提高，而该部分工作中，我们通过一步高效的反应获得了含全氟芳基的苯并环丁烯中间体。该中间体是构建含氟材料的理想模块，我们据此获得了单体VAO-FBCB和VAFO-FBCB。与第一部分工作相比，固化后的VAFO-FBCB的Dk低至2.51（5 GHz），说明氟含量的提高可以降低BCB树脂的介电常数。此外，刚性的全氟苯结构还提高聚合物的玻璃化转变温度（Tg）。然而，介电损耗却有所牺牲，VAFO-FBCB固化后聚合物的Df为2.4 × 10-3。我们推测引入全氟芳基，会增加分子的固有偶极，引起了介电损耗增加。 第三部分，高Df值对高频传输是不利的，因此需要设计其他方案来改善材料性能。考虑到氧原子也会对材料的介电性能产生负面影响，因此该部分工作中设计了不含氧原子的BCB单体VAF-BCB和AF-BCB。研究发现发现不含氧原子确实能给聚合物的介电性能带来惊喜的变化。相同频率下（10 GHz），不含氧原子的单体VAF-BCB比第一部分中的VAFO-BCB具有更低Dk（2.42）和Df（4.0×10-3)。另外，与不含烯丙基的单体AF-BCB相比，VAF-BCB具有更低的Dk和Df,这证明交联密度同样影响着聚合物的介电性能。 第四部分，基于以上三部分的工作，我们设想引入C-Si键代替氧，是否也可以获得性能优异的材料。于是，我们合成了两种碳硅烷-苯并环丁烯单体4F-BVS和6F-BVS。这两个单体固化后所得聚合物(p-4F-BVS和p-6F-BVS)均具有较低的Dk和极低的Df。尤其是p-6F-BVS在10 GHz下的Dk为2.42,Df仍能低至6.4 × 10-4。此外p-6F-BVS还具有非常优异的耐热性，其Tg高于400 ℃。该聚合物具有如此优异的综合性能，是高频通信应用中优异的低介电候选材料。 综上所述，本论文通过控制单体结构的变化分别研究了含氟量、交联密度和氧原子对树脂介电性能产生的影响。增加氟含量，增加交联密度和消除氧原子均可以使树脂的介电常数降低，另外，消除聚合物中的氧原子时还能给介电损耗带来积极的变化。这些工作为开发新型低介电材料，尤其是为低介电损耗的材料的设计和研究提供了思路。
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