一種氰酸酯樹脂薄膜的制備方法及其反應設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氰酸酯樹脂薄膜的制備方法及其反應設(shè)備，屬于氰酸酯樹脂超薄膜的有機合成【技術(shù)領(lǐng)域】。采用氰酸酯樹脂單體通過等離子體聚合生成氰酸酯樹脂超薄膜；所述制備方法的主要步驟包括基片預處理、單體預處理和等離子體聚合；所述等離子體聚合條件為壓力5～20Pa、等離子體脈沖寬度為20～100s、等離子體聚合功率為15～85W、等離子體聚合時間為20～100min；所述反應設(shè)備包括主反應室和副反應室，通過兩反應室的通斷變換和推桿的左右移動將固相單體導入主反應室中，解決了固相單體進料難的問題。該制備方法所制得的薄膜介電常數(shù)低、無缺陷、質(zhì)量高；制備過程簡單，易于實施，沒有環(huán)境污染，成本低。
【專利說明】一種氰酸酯樹脂薄膜的制備方法及其反應設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氰酸酯樹脂超薄膜的有機合成【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]氰酸酯樹脂是一種當前最具應用潛力的低介電常數(shù)材料。由于氰酸酯樹脂分子結(jié)構(gòu)中的三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)高度對稱，極性極低，可在較寬的溫度范圍和頻率范圍內(nèi)均保持著低且穩(wěn)定的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切，同時又由于分子結(jié)構(gòu)中大量的苯環(huán)、芳雜環(huán)的存在和高交聯(lián)密度，使得氰酸酯樹脂的耐高溫性能非常好。此外，氰酸酯樹脂還具有較低的線性熱膨脹系數(shù)、良好的耐濕性、優(yōu)良的耐腐蝕性能、高尺寸穩(wěn)定性、與金屬有較強的粘和力、高阻燃性能等，非常適用于微電子行業(yè)，在電子、航空航天、大型計算機、衛(wèi)星通訊、軍用通訊等領(lǐng)域，市場前景非常廣闊。
[0003]目前有關(guān)氰酸酯樹脂的研究多集中在用氰酸酯樹脂作為樹脂基復合材料方面，而有關(guān)制備氰酸酯樹脂薄膜并作為低介電材料的研究報道較少，主要原因為:(1)現(xiàn)有的固化聚合反應催化劑的催化選擇性不夠高，不能有效地使氰酸酯單體完全轉(zhuǎn)化為聚合物，同時殘存的催化劑對膜的介電性能也會造成不良影響。(2)氰酸酯單體的固化聚合反應對雜質(zhì)敏感，雜質(zhì)對氰酸脂樹脂的固化反應起著強烈的催化作用，使固化工藝難以穩(wěn)定，從而對膜的介電性能造成一定的影響。
[0004]目前制備氰酸酯樹脂薄膜的方法主要采用預聚-濕法薄膜沉積-升溫交聯(lián)固化的工藝，工藝過程復雜，條件苛刻，且由于大量使用高純度的極性溶劑，不僅成本高，而且環(huán)境污染較重，再加之固化過程中由于體積收縮，膜中極易產(chǎn)生缺陷，影響膜的質(zhì)量。另外，此法無法得到微電子行業(yè)急需的納米級的超薄膜。上述不足在一定范圍內(nèi)限制了氰酸酯樹脂薄膜在微電子領(lǐng)域的進一步應用。因此，如何制備高性能、低介電常數(shù)的氰酸酯樹脂超薄膜材料已成為國內(nèi)外學者共同面對的難題。
[0005]等離子體聚合鍍膜是一種新的薄膜制備技術(shù)。等離子體聚合制備的薄膜具有其獨特的優(yōu)點:沉積的薄膜可以從幾十納米到數(shù)微米；膜連續(xù)、無針孔；與基底黏附性好；產(chǎn)物高度交聯(lián)；穩(wěn)定的化學性能；耐熱；耐腐蝕；優(yōu)異的電性能和機械性能等。等離子體聚合要求反應室具備較好密封性，能達到較高的真空度，并能避免真空室內(nèi)的污染?，F(xiàn)有已知的等離子聚合裝置為單反應室，能在此裝置中進行等離子聚合的原料單體多為有機液相單體，通過導管將液相單體導入反應室中；但是當原料單體為固相時，存在進料難的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種氰酸酯樹脂超薄膜的制備方法及反應設(shè)備，所制得的薄膜介電常數(shù)低、無缺陷、質(zhì)量高；制備過程簡單，易于實施，沒有環(huán)境污染，成本低。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種氰酸酯樹脂超薄膜的制備方法，其特征在于采用氰酸酯樹脂單體通過等離子體聚合生成氰酸酯樹脂超薄膜；所述制備方法的主要步驟包括:
1)基片預處理；
2)氰酸酯樹脂單體預處理；
3)氰酸酯樹脂單體等離子體聚合在基片上:所述等離子體聚合條件為壓力5~20Pa、等離子體脈沖寬度為20~100s、等離子體聚合功率為15~85W、等離子體聚合時間為20~IOOmin0
[0008]所述基片(14)優(yōu)選重摻雜的P-型硅晶片，也可以用氟化鈣基片或石英片。
[0009]所述基片(14)處理方式優(yōu)選:抽取主反應室(I)內(nèi)的氣體至氣壓為2Pa，然后向主反應室(I)通入高純氬氣至氣壓為80Pa，重復抽放氣體三次，調(diào)節(jié)主反應室(I)壓力為20Pa，在放電功率80W的條件下，用氬氣等離子體對基片處理3分鐘。
[0010]所述氰酸酯樹脂單體(8)的分子結(jié)構(gòu)式為:NCO~R——OCN,其中
【權(quán)利要求】
1.一種氰酸酯樹脂超薄膜的制備方法，其特征在于:采用氰酸酯樹脂單體通過等離子體聚合生成氰酸酯樹脂超薄膜；所述制備方法的主要步驟包括: 1)基片(14)預處理； 2)氰酸酯樹脂單體(8)預處理； 3)氰酸酯樹脂單體(8)等離子體聚合在基片(14)上:所述等離子體聚合條件為壓力5~20Pa、等離子體脈沖寬度為20~100s、等離子體聚合功率為15~85W、等離子體聚合時間為20~IOOmin。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氰酸酯樹脂超薄膜的制備方法，其特征在于所述基片(14)為重摻雜的P-型硅晶片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氰酸酯樹脂超薄膜的制備方法，其特征在于所述基片(14)預處理方式為:抽取主反應室(I)內(nèi)的氣體至氣壓為2Pa，然后向主反應室(I)通入高純氬氣至氣壓為80Pa，重復抽放氣體三次，調(diào)節(jié)主反應室(I)壓力為20Pa，在放電功率80W的條件下，用氬氣等離子體對基片處理3分鐘。
4 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氰酸酯樹脂超薄膜的制備方法，其特征在于所述氰酸酯樹脂單體(8)的分子結(jié)構(gòu)式為:NCO^l-OCN ,其中
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氰酸酯樹脂超薄膜的制備方法，其特征在于所述氰酸酯樹脂單體(8)預處理方式為:抽取副反應室(3)內(nèi)的氣體至氣壓為2Pa，然后向副反應室(3)通入高純氮氣至氣壓為80Pa，重復抽放氣體三次，調(diào)節(jié)副反應室(3)氮氣壓力為20Pa，并將單體導入到主反應室中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氰酸酯樹脂超薄膜的制備方法，其特征在于所述等離子體聚合步驟為:向聯(lián)通的主副反應室通入高純氮氣，調(diào)整反應室內(nèi)氮氣壓力；接通電源，調(diào)整等離子體聚合放電參數(shù)條件，開始放電，放電時間達到所需時間后，關(guān)閉電源停止放電，繼續(xù)通入高純氮氣至其壓力達到標準大氣壓，并在此條件下保持I小時。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的氰酸酯樹脂超薄膜的制備方法所用的反應設(shè)備，其特征在于包括主反應室(I)和副反應室(3)，兩反應室并排安裝，兩反應室間能通斷變換；所述主反應室(I)為等離子體聚合反應室，主反應室(I)上下壁上分別固定上電極(13)和下電極(15)，兩電極相對安裝，上電極(13)和下電極(15)兩端與脈沖射頻電源(16)相連；所述副反應室(3)內(nèi)包括單體導入裝置；所述主反應室(I)和副反應室(3)均連有氣體抽吸裝置、氣體供給裝置和真空計。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種氰酸酯樹脂超薄膜的制備方法所用的反應設(shè)備，其特征在于所述主反應室(I)和副反應室(3)左右一體式安裝，主反應室(I)和副反應室(3)中間由可移動擋板(10)隔開。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種氰酸酯樹脂超薄膜的制備方法所用的反應設(shè)備，其特征在于所述單體導入裝置包括推桿(4)和單體托盤(7)，單體托盤(7)固定在推桿(4)的前端，推桿(4)通過密封圈(5)實現(xiàn)與副反應室(3)間的密封；所述副反應室(3)的氣體抽吸裝置和氣體供給裝置分別為機械泵(2)和氮氣瓶(6)，并裝有真空計(9)，三者均安裝在副反應室(3)腔壁上。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種氰酸酯樹脂超薄膜的制備方法所用的反應設(shè)備，其特征在于所述主反應室(I)的氣體抽吸裝置和氣體供給裝置分別為有機械泵(17)和氬氣瓶(11)，并裝有真空計(12 ).，三者均安裝在主反應室(I)的腔壁上。
【文檔編號】C23C16/44GK103469174SQ201310428724
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】趙雄燕 申請人:河北科技大學