SiO2空心球及氧化石墨烯协同改性聚酰亚胺低介电常数复合薄膜的研究

摘要

随着集成电路尺寸不断缩小，互连寄生的电容引起的延迟、串扰和功耗已经成为制约高速、高密度、低功耗和多功能集成电路发展的瓶颈。采用低介电常数介质薄膜作为层间介质以代替传统的SiO2介质来降低封装材料和印刷电路板材料的介电常数，是解决这一问题的关键技术之一。本文旨在利用SiO2空心球(Silica hollow spheres,SHS)与氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)协同改性聚酰亚胺(Polyimide,PI)，并结合静电纺丝工艺制备低介电常数复合薄膜。
　　本文以改进的Hummers法制备GO，用4,4’-二胺基二苯醚(4,4’-oxybisbenzenamine,ODA)对其进行改性，采用改进的stber法制备SHS。通过原位分散法制备GO/PI、ODA-GO/PI与SHS/ODA-GO/PI复合薄膜；并结合静电纺丝工艺制备三层结构SHS/ODA-GO/PI复合薄膜。表征了GO、ODA-GO及SHS/ODA-GO复合粉体形貌与结构及其与PI复合薄膜的介电性能、热稳定性、力学性能。
　　对ODA-GO/PI复合薄膜的研究结果表明：当GO填充量为0.3 wt％时，ODA-GO/PI复合薄膜的介电常数低至2.35(较纯PI薄膜降低31%)，并且复合薄膜的介电损耗也略有降低。ODA-GO使复合薄膜的力学性能有明显提升，掺杂量为0.7 wt%时，ODA-GO/PI复合薄膜的断裂伸长率与拉伸强度为21.24%(是纯PI的2.3倍)与101.69 MPa(是纯PI的1.3倍)；GO的加入对PI复合薄膜的耐热性并没有明显影响。
　　对SHS及GO协同改性PI复合薄膜的研究表明：SHS与GO的共同作用使得PI复合薄膜的介电常数明显降低，当SHS与GO的填充量分别为10 wt%和0.5 wt%时，三层复合薄膜的介电常数低至1.9(较纯PI薄膜降低44%)；但SHS的加入与三层结构的设计对PI复合薄膜的力学性能与耐热性并没有明显影响。

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第1章 绪论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究进展

1.3 主要研究内容

第2章 实验部分

2.1 实验原料

2.2 实验内容

2.3 表征测试方法

2.4 本章小结

第3章 纳米粉体的形貌与结构

3.1 纳米SHS的形貌及形成机理

3.2 GO的形貌及结构

3.3 纳米SHS/ODA-GO复合粉体的形貌及结构

3.4 本章小结

第4章 GO/PI复合薄膜的形貌与性能

4.1 GO/PI复合薄膜的形貌

4.2 GO/PI复合薄膜的介电性能

4.3 GO/PI复合薄膜的热稳定性

4.4 GO/PI复合薄膜的力学性能

4.5 GO/PI复合薄膜的吸湿性

4.6 本章小结

第5章 SHS/GO/PI复合薄膜的形貌与性能

5.1 PI纺丝纤维简介

5.2 SHS/ODA-GO/PI复合薄膜的形貌

5.3 SHS/ODA-GO/PI复合薄膜的介电性能

5.4 SHS/ODA-GO/PI复合薄膜的热稳定性

5.5 SHS/ODA-GO/PI复合薄膜的力学性能

5.6 SHS/ODA-GO/PI复合薄膜的吸湿性

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及学术成果

致谢