新型硅雜環(huán)丁烷單體的設計合成及其聚合物性能的研究.pdf

1、高性能低介電材料近年來在微電子封裝、高頻線路板、雷達透波等領域獲得廣泛關注。苯并環(huán)丁烯類低介電樹脂是一類綜合性能優(yōu)異的-樹脂材料，硅雜環(huán)丁烷是一類可開環(huán)聚合的單元，是目前報道的少數(shù)幾種無需催化劑、不釋放小分子、低極性同時具有光敏活性的反應基團之一?；诖?，本課題結(jié)合BCB和硅雜環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)設計構(gòu)建了三類聚合物結(jié)構(gòu)，包括碳硅烷主鏈/BCB側(cè)鏈結(jié)構(gòu)、BCB/硅雜環(huán)丁烷雙交聯(lián)結(jié)構(gòu)以及含BCB碳硅烷/接枝聚乙烯雙交聯(lián)結(jié)構(gòu)，深入對比和探討了聚合物結(jié)

2、構(gòu)帶來的熱學、低介電和力學性能影響，為實現(xiàn)低介電常數(shù)和高力學強度平衡提供新的思路和可行方案。
　　以1,3-二甲基-1,3-二苯基二硅雜環(huán)丁烷(DMDBDC)和1,3-二甲基-1,3-二苯基二硅雜環(huán)丁烷(DMDPDC)為單體，通過氯鉑酸催化開環(huán)聚合形成側(cè)鏈含有BCB基和苯基的聚碳硅烷(PBCS)。差示掃描量熱儀(DSC)和在線紅外(Online-IR)測試表明，側(cè)鏈上的苯并環(huán)丁烯官能團具有很高的反應活性，能夠在高溫下開環(huán)，因此線性

3、聚合物可以通過熱交聯(lián)形成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的樹脂。聚碳硅烷(PBCS)中BCB的含量可以通過調(diào)節(jié)聚合單體DMDBDC/DMDPDC的投料比來控制，從而影響固化樹脂的性能。隨著聚碳硅烷(PBCS)中BCB的摩爾含量從9.5to28.9mol％,固化樹脂的5%熱失重溫度從404增加到473℃，在10MHz左右介電常數(shù)從2.59降至2.41，優(yōu)異的熱性能和低介電性能歸因于聚碳硅烷(PBCS)中存在Si-C主鏈結(jié)構(gòu)和BCB熱交聯(lián)單元。
　　分別合成

4、了兩種含乙烯基的聚合單體1-甲基-1-（4-乙烯基苯基）硅雜環(huán)丁烷（1-MVPSCB），4-乙烯基苯并環(huán)丁烯(4-VBCB)，和苯乙烯通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(ATRP)形成一種新型的含硅雜環(huán)丁烷/苯并環(huán)丁烯基雙重交聯(lián)結(jié)構(gòu)的線性聚合物(BS-DCP)，直接引入光敏性基團硅雜環(huán)丁烷賦予聚合物優(yōu)異的光刻性能。DSC和Online-IR測試表明，該線性聚合物具有可光、熱分步的交聯(lián)性能，其中光交聯(lián)反應可以在室溫下進行，熱交聯(lián)反應需在200℃以

5、上進行;線性聚合物(BS-DCP)中光敏性基團硅雜環(huán)丁烷的含量可以通過調(diào)節(jié)單體1-MVPSCB/4-VBCB/St的投料比來調(diào)節(jié)，從而賦予線性聚合物(BS-DCP)優(yōu)異的光刻性能，同時硅雜環(huán)丁烷/苯并環(huán)丁烯基雙重交聯(lián)結(jié)構(gòu)也賦予固化樹脂優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能(T5%接近于400℃)和低介電性能(10MHz時介電常數(shù)為2.37)。
　　基于BCB結(jié)構(gòu)的交聯(lián)聚碳硅烷具有良好的熱穩(wěn)定性、力學性能和低介電性能，因此利用這一結(jié)構(gòu)可以對許多傳統(tǒng)BCB

6、樹脂進行改性。以聚合物(BS-DCP)側(cè)鏈的硅雜環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)為引發(fā)點，通過DMDBDC結(jié)構(gòu)中的二硅雜環(huán)丁烷開環(huán)聚合,即用含BCB的聚碳硅烷接枝聚乙烯獲得接枝聚合物(LDTF)，并對接枝聚合物(LDTF)的性能進行了深入研究。接枝聚合物(LDTF)中的性能可以通過調(diào)節(jié)DMDBDC/BS-DCP的投料比來控制。納米壓痕測試結(jié)果顯示隨著引入的DMDBDC含量的增加，接枝聚合物(LDTF)固化后的力學性能顯著提高(當DMDBDC的含量達到30%時