随着超大规模集成电路技术的发展,纳米级别已成为主导元件大小的度量尺度,减少信号互联延迟、降低噪声和功耗等要求对环氧树脂介电层的性能提出了更高的挑战,低介电环氧树脂材料成为电路技术发展的重要需求。与传统的环氧树脂相比,自固化环氧树脂在实际使用时仅需加热即可成型,避免了树脂与固化剂的配比及混合的繁琐工艺,同时也避免了固化剂添加量不当及混合不均匀导致的材料缺陷,具有较广的应用范围及较强的便捷性。论文探究了低介电自固化环氧树脂的制备方法,主要取得以下几个方面的科研成果:设计了结构对称的自固化环氧树脂(SC-EP)分子结构及制备路线,探究了反应温度、催化剂含量、溶剂含量对制备过程的影响,得到了一种低介电缩水甘油酯型SC-EP的高效制备方法:90℃条件下,使用碱性季铵盐四甲基氢氧化铵五水合物作为反应催化剂,反应物及其摩尔比为2,5-二羟基对苯二甲酸:环氧氯丙烷:四甲基氢氧化铵五水合物=1:17.5:0.12。耗时较短、操作简单、溶剂使用量及废液量大幅降低,制备的SC-EP具有较长的室温稳定保存期限(大于14个月)。制备的SC-EP材料介电常数为3.3(1MHz),与普通环氧树脂相比下降21%。探究了多种活性环氧稀释剂、八环氧基笼型多面体低聚倍半硅氧烷(G-POSS)、微泡孔隙对SC-EP介电性能的影响。苄基缩水甘油醚对SC-EP材料的介电性能显著影响区域位于稀释剂添加量为25%～35%的高含量区,复合材料介电常数可降至2.1(1 MHz),需要以添加大量苄基缩水甘油醚为代价降低材料介电常数;1,4-丁二醇二缩水甘油醚对SC-EP材料的介电性能显著影响区域位于10%以下的低含量区,复合材料介电常数可降至2.3(1 MHz),是一种理想介电改性剂。G-POSS的加入提高了 SC-EP的固化温度,G-POSS添加量约为1%时,杂化材料的介电常数可降至3.18(1MHz)左右。通过控制脱挥时间及温度可抑制溶剂逸出,得到一系列不同直径的微米级微泡环氧树脂材料。微泡直径越小,材料介电常数越低,微泡SC-EP材料介电常数最低可降至2.2(1 MHz)左右,较SC-EP基体下降约33%。对SC-EP的固化过程进行特征温度分析,确定固化起始温度为115.78℃、峰顶温度为170.80℃、固化终点温度为213.62℃,最佳固化温度为170℃左右。使用非模型拟合法计算得到SC-EP固化活化能为ΔE=70.58 kJ·mol-1·K-1,指前因子A=3.68 × 1 05 s-1。Kissinger 法、Starink 法、FWO 法计算得到动力学参数一致。G-POSS及稀释剂的加入对固化活化能影响不大。最后针对上述低介电环氧树脂材料的合成,进行了 5L实验室尺度的模试放大,反应釜内羧基转化曲线与0.5L小试结果基本一致,满足放大的条件。为便于后处理工艺放大,对脱挥及自固化耦合过程分析,SC-EP在80℃～100℃脱挥区间内体系黏度较低、固化反应缓慢,利于溶剂等小分子的脱除。在5 L模试实验的基础上对300 L中试实验的原辅料表、物料平衡等进行了相关计算,根据物料特性及操作需求对工艺流程图进行了设计。