手機掃碼訪問本站
微信咨詢
苯并環丁烯( benzocyclobutene, BCB) 單體具有芳香族化合物的熱力學穩定性和應變環的動力學反應性[1]。在加熱至200℃ 后,四元環開環并形成高活性可聚合中間體。該可聚合中間體不但可以與親二烯類單體發生 Diels-Alder 加成反應, 而且也可以彼此反應生成聚合物[2]。苯并環丁烯樹脂作為一種新型的活性樹脂,既可形成熱塑性樹脂,也可形成熱固性樹脂[3],具有優異的熱穩定性、成型加工性、低介電常數( K) 、低吸水率和低熱膨脹系數等性能。基于這些優異的性能,苯并環丁烯樹脂已廣泛應用于電子、微電子工業等領域[4-5], 具體應用包括漆包線清漆、晶圓級封裝材料、液晶顯示器、半導體封裝中的層間介質、超大規模集成電路和纖維增強復合材料等。苯并環丁烯樹脂已成為當前介電材料領域的研究熱點。
隨著超大規模集成電路和多芯片組件等的發展,對中間層介質材料的要求也越來越高,材料不但要具有優良的介電性能,而且還要具備優異的熱穩定性、耐水性等。單一的BCB 樹脂材料在性能上已無法滿足這些應用的要求, 所以需要通過引入其他基團來提高 BCB 樹脂的性能, 例如引入含硅、氟的基團可以提高樹脂的熱穩定性和介電性能等。
由于苯并環丁烯單體的多功能反應性、優越的電子性能和熱性能,苯并環丁烯功能基高分子被視為新一代的高性能材料。苯并環丁烯單體有著靠應力維持的四元環結構,在加熱情況下( 大于200℃), 四元環開環,BCB單體形成高活性的共軛二烯類中間體( 鄰喹諾并二甲烷)。若BCB四元環上含有不同的取代基團,則四元環的開環溫度會有不同程度的降低[1]。在親二烯類單體存在的情況下苯并環丁烯開環后形成的中間體優先與親二烯類單體發生 Diels-Alder 加成反應,如果不存在親二烯類單體,該中間體也可以彼此發生反應,生成螺環中間體, 再發生系列重排, 得到聚合物和低聚體。苯并環丁烯單體開環聚合不需要添加催化劑和引發劑, 同時在反應過程中也不生成小分子副產物。BCB 參與開環聚合的反應機理如圖所示。
苯并環丁烯樹脂作為一種新型高性能熱固性材料, 固化過程不需要加入任何催化劑且不會產生揮發性小分子和其他副產物。苯并環丁烯固化樹脂具有優異的成膜性能、熱穩定性能、黏接性能和介電性能等, 是新一代高性能介電材料。隨著超大規模集成電路和多芯片組件等的發展, 對中間層介質材料的要求也越來越高,單一苯并環丁烯樹脂的材料性能已無法滿足應用的需求, 這里介紹了向 BCB 樹脂中引入硅氧烷、氟元素、低極性大體積和其他可聚合單體來提高樹脂的材料性能。一般來說,聚合物介電常數及損耗因子與分子結構的摩爾極化度呈反比, 與密度呈正比。
(1)硅氧烷類苯并環丁烯樹脂。在過去的幾十年中, 人們致力于有機硅聚合物的研究, 如聚硅氧烷、聚碳硅氧烷、聚碳硅烷等。在這些有機硅聚合物中,聚硅氧烷因優異的柔韌性、生物相容性、耐候性、抗氧化性、疏水性以及較低的玻璃化轉變溫度(Tg) 而得到了廣泛的應用,同時二氧化硅基材料是一種應用廣泛的低介電材料,所以在樹脂中引入硅氧烷結構可以提高樹脂的疏水性、耐候性和介電性能等。
(2)含氟類苯并環丁烯樹脂。苯并環丁烯基聚合物已廣泛應用微電子領域,但在許多情況下,苯并環丁烯樹脂的 K 值大于 2. 7,這在高頻印刷電路板和超大規模集成電路的應用中令人并不滿意。人們已經注意到, 在聚合物的主鏈或側鏈中引入氟基團可以有效地提高它們的介電性能。
(3)含低極性大體積官能團苯并環丁烯樹脂。為了改善材料的性能, 也常常在聚合物結構中引入低極性大體積官能團。由于官能團中的化學鍵極化率低,且官能團中含有大體積結構,可以增加聚合物的自由體積,所以低極性大體積剛性官能團的引入可以改善樹脂的介電性和熱穩定性等性能。
(4)含其他可聚合單體苯并環丁烯樹脂.苯并環丁烯在 200℃ 時, 可以開環形成高活性共軛雙烯類單體。該單體可以和親二烯類單體發生Diels-Alder 加成反應, 也可以彼此反應生成聚合物和低聚物,在聚合過程中不需要催化劑和引發劑且不會釋放小分子副產物。鑒于 BCB 獨特的開環機理,學者們在其他材料中引入 BCB 基團來改善材料的介電性、熱穩定性等性能。下面介紹幾種材料,如苯并嗪( BOZ) 樹脂、聚間苯撐( PMPs) 、芳香族聚碳酸酯和天然資源茴香油等。
[1] 黃發榮.苯并環丁烯聚合物材料[J]. 航空材料學報, 1998, 18( 2) : 53-62.
[2] 楊軍校.苯并環丁烯單體的合成及其聚合物性能研究[D].成都: 四川大學,2005.
[3] 王靖,張富新,沈學寧,等.苯并環丁烯及其材料[J].玻璃鋼 /復合材料,2002,( 2) : 44-50
[4]胡佐文,陳夢雪.新型苯并環丁烯樹脂的合成與性能研究[J].化工新型材料,2008,36( 11) : 44-45.
[5]徐婷婷,梁國正, 盧婷利, 等.苯并環丁烯類化合物的合成[J].高分子通報,2006,( 11) : 69-77.