隨著電子信息技術的高速發(fā)展，集成電路密集度與導體連線數(shù)目不斷增加，進而導致的電阻電容延遲（RC delay）嚴重影響芯片的運算速度。電路信號傳輸速度通常取決于寄生電阻與寄生電容二者乘積。為了解決RC delay的問題，通常來講必須降低寄生電阻（銅互連代替鋁互連）以及寄生電容。而寄生電容正比于電路層隔絕介質(zhì)的介電常數(shù)k，因而開發(fā)新型低介電材料（k<3）作為不同電路層的隔絕層介質(zhì)，可有效減小寄生電容，并有效降低RC信號延遲，提高器件工作頻率。
另外，由于電子信息器件的多樣化和復雜性，具備3D打。ㄍㄟ^逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術）特性的低介電復合材料樹脂尤其重要，目前，基于立體光刻成型（SLA）的3D打印商業(yè)材料通常是甲基丙烯酸酯基樹脂，而其介電性能、熱穩(wěn)定性、韌性等均已不滿足目前的技術需求。
經(jīng)過多年的攻關研究，陳玉偉等研究人員近期報道了一種用于SLA印刷電路板的低介電常數(shù)POSS/樹脂復合材料。首先通過引入甲基丙烯酸得到端接甲基丙烯酸酯雙酚A環(huán)氧樹脂（MEP），然后通過加入不同質(zhì)量分數(shù)的甲基丙烯酰基丙基籠多面體倍半硅氧烷（POSS）即可有效改善MEP/POSS復合材料的綜合性能（圖1）。研究表明，當質(zhì)量分數(shù)為30 wt% POSS加入后，MEP/POSS復合材料的介電常數(shù)低至2.68，MEP/POSS復合材料的Td5（樣品質(zhì)量損失5 %的溫度）超過320 ℃，表明其具有良好的熱穩(wěn)定性。此外，MEP/POSS復合材料的粘度在2.05-2.40 Pa·s之間，也是一種優(yōu)良的3D打印樹脂。
圖1. POSS/MEP樹脂復合材料制備，（A）端接甲基丙烯酸酯雙酚A環(huán)氧樹脂（MEP）的合成，（B）POSS/MEP復合材料UV固化過程。
隨后將MEP/POSS復合樹脂材料通過立體光刻（SLA）打印電路板襯底，然后與銅電極裝配得到平板叉指電極電容器。此外，將MEP/POSS復合樹脂材料通過立體光刻（SLA）打印得到形狀復雜的城堡模型（圖2A）。重要的是，由于POSS具有籠型的納米孔結(jié)構(gòu)，通過改變POSS的負載來調(diào)節(jié)POSS/MEP復合材料的介電性能（圖2B、C）。當加入質(zhì)量分數(shù)為30 wt%POSS后，MEP/POSS復合材料的介電常數(shù)低至2.68，介電損耗低于0.08。
圖2. （A）平板叉指電極電容器和3D打印模型，（B、C）POSS/MEP復合材料的介電常數(shù)和介電損耗。
本項研究以“Rational design of POSS containing low dielectric resin for SLA printing electronic circuit plate composites”為題發(fā)表在復合材料領域TOP期刊Composites science and Technology上（DOI: 10.1016/j.compscitech.2022.109403），第一作者為青島科技大學高分子科學與工程學院碩士研究生胡振東，通訊作者為青年學者陳玉偉，共同作者由張建明教授、劉學清教授、強哲教授、付堃教授等多位科學家及參與該研究的研究生組成，此研究工作得到船舶振動和噪聲國家重點實驗室（6142204200608）、湖北省團隊創(chuàng)新基金會（T201935）、江漢大學光電化學材料與器件教育部重點實驗室開放基金項目（JDGD-202001）、橡膠塑料重點實驗室開放基金、教育部/山東省橡膠塑料重點實驗室（KF2020002）和國家自然科學基金（51803103）的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109403
