CN103287017B - 一种超材料片层及加工方法、制备的超材料 - Google Patents
一种超材料片层及加工方法、制备的超材料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种超材料片层，所述超材料片层包括基板和附着在基板上的金属微结构，所述基板采用的是无纤维基板，还涉及该超材料片层的加工方法和多个超材料片层叠加、压合获得超材料。采用有机树脂材料制成无纤维的基板作为超材料片层的基板，由于该基板的介电损耗小于0.001，能满足超材料对基板介电损耗的要求，因此可以广泛用于超材料领域。
Description
【技术领域】
本发明涉及超材料领域，尤其涉及一种超材料片层及加工方法、制备的超材料。
【背景技术】
目前超材料结构的实现是在刚性PCB板上制作金属线完成，但超材料的加工要求与PCB的加工要求又有很大的差别。超材料的主要介质材料即PCB板为绝缘材料，例如FR4、PTFE、聚酰亚胺等，使用FR4，聚酰亚胺为基材，其介电损耗较大，影响整个超材料性能，使用PTFE，其成本高，导致超材料成本上升；
同时以常规的PCB基板的加工工艺制备的基板中都因含有大量的增强纤维材料，导致介电损耗相对较大，所以常规的PCB基板不适合用于超材料基板。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：提供一种超材料片层及加工方法，超材料片层的基板采用的是无纤维基板，其介电损耗小于0.001，能满足超材料对基板介电损耗的要求，以及利用这种超材料片层制备的超材料。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种超材料片层，所述超材料片层包括基板和附着在基板上的金属微结构，所述基板采用的是无纤维基板。
所述无纤维基板由有机树脂材料制成。
所述有机树脂优选为聚丙烯、聚乙烯、环氧树脂或酚醛树脂聚氨酯。
一种超材料片层加工方法，包括以下步骤：
a、洁净无纤维基板后，采用化学沉铜的方法在所述无纤维基板表面沉积一层铜；
b、对沉铜后的无纤维基板进行铜电镀；
c、在完成铜电镀的无纤维基板上进行金属微结构的制备，获得超材料片层。
所述的步骤c中通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻技术制备金属微结构。
一种超材料，包括由上述方法制备的多个超材料片层，相邻超材料片层之间还覆盖有一层热熔胶。
所述多个超材料片层通过压合方法粘接在一起。
所述超材料片层的基板为无纤维基板。
所述无纤维基板由有机树脂材料制成。
所述有机树脂优选为聚丙烯、聚乙烯、环氧树脂或酚醛树脂聚氨酯。
本发明的有益效果为：采用有机树脂材料制成无纤维的基板作为超材料片层的基板，由于该基板的介电损耗小于0.001，能满足超材料对基板介电损耗的要求，因此可以广泛用于超材料领域。
【附图说明】
图1本发明的超材料片层工艺流程图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种超材料片层，超材料片层包括基板和附着在基板上的金属微结构，金属微结构是由金属丝构成的具有一定几何形状的平面或者立体结构，如工字型、雪花型等，基板采用的是无纤维基板，无纤维基板由有机树脂材料制成，如常使用的聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酯、特氟龙或有机硅等热塑性树脂及其改性品种，以及环氧树脂、酚醛树脂聚氨酯、酚醛或有机硅等热固性树脂塑料等。
如图1所示，基于无纤维基板的超材料片层加工方法，包括以下步骤：
a、洁净无纤维基板后，采用化学沉铜的方法在所述无纤维基板表面沉积一层铜，一般沉铜的厚度可以为0.2～0.6μm；
b、对沉铜后的无纤维基板进行电镀，将铜电镀到10～100μm的厚度；
c、在完成铜电镀的无纤维基板上进行金属微结构的制备，获得超材料片层，在基板上制作金属微结构可以采用蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻等技术。
重复步骤a、b、c制备出多个基于无纤维基板超材料片层，将这些超材料片层对齐叠加、压合形成整体获得所需的超材料；
由于采用的是无纤维的基板，所以采用传统的高温压合容易造成基板的变形，因此该超材料中相邻超材料片层之间还覆盖有一层热熔胶，将对齐叠加好的预叠超材料放入真空热压机进行压合。
由聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酯、特氟龙或有机硅等热塑性树脂及其改性品种，以及环氧树脂、酚醛树脂聚氨酯、酚醛或有机硅等热固性树脂塑料等这些有机树脂材料制成的基板作为超材料片层的基板，由于该基板的介电损耗小于0.001，能满足超材料对基板介电损耗的要求，因此可以广泛用于超材料领域。
实施例一
本实施例中采用聚丙烯制备的基板作为超材料片层的基板，具体制备超材料片层的工艺过程如下：
a、洁净聚丙烯基板后，采用化学沉铜的方法在所述聚丙烯基板表面沉积一层厚度为0.35μm的铜，沉铜主要是为了使基板能导电，也可以采用PCB传统工艺中的黑孔技术，覆一层碳在基板表面上使之导电；
b、对沉铜后的聚丙烯基板进行电镀，将铜电镀到20μm的厚度；
c、通过蚀刻技术在完成铜电镀的聚丙烯基板上进行金属微结构的制备，具体为首先使用贴膜机在基板两侧预贴干膜，贴膜压力为4-6kg，滚轮速度1.7-2.3m/min，温度90-130℃；
贴膜后在UV曝光机上进行曝光，曝光级数为6-7级(采用的是21级光级尺)，真空度85％-99％；
曝光后将板件静置15-30min；
最后进行显影、蚀刻、退膜形成所需要的金属微结构，最后获得基于无纤维基板的超材料片层。
经过测试由于聚丙烯基板的介电损耗低，从而对整个超材料片层的影响不大。
实施例二
由实施例一制备的基于无纤维基板的超材料片层可以对齐叠加成预叠超材料，层与层之间可以采用铆钉、pin钉进行定位，本实施例中，相邻超材料片层之间还覆盖一层热熔胶，采用真空热压机压合预叠超材料。
为了节约工序、扩大生产规模，真空热压机可一次压合多块预叠超材料，优选为一次压合2-5块预叠超材料；其中预叠超材料与上工具板、相邻预叠超材料之间、预叠超材料与下工具板之间均设置有多片钢板和多层牛皮纸，每层牛皮纸的张数可为2-10张；每块预叠超材料上下表面贴附有牛皮纸，钢板贴附于牛皮纸另一表面。
本实施例中，钢板的厚度为1.0-2.0毫米的镜面钢板，牛皮纸厚度为0.1-0.3毫米；钢板和牛皮纸将多块预叠超材料隔开，同时也能使得热压机传递至预叠超材料的压力更为均匀，保证预叠超材料最终以平板超材料形式制作成功，制备得到不同层数的超材料可以广泛应用到各领域，例如通信领域。
实施例三
实施例二中的多个超材料片层形成预叠超材料时不易对齐，并且在压合的过程中超材料片层易滑动，为了克服此缺陷，实施例三中对实施例一中的超材料片层做了改进；
完成实施例一的步骤c后，在基板上设计若干个定位孔，具体方法为：
首先在基板的边缘用识别点钻孔机设计三个直径为0.8～1.2mm的圆点作为识别点，然后以这三个识别点在所述基材的板边加工出4～12个直径为2.0～4.0mm的定位孔，再用铆钉或销钉穿过定位孔使超材料片层对齐叠加形成预叠超材料，相邻超材料片层之间还覆盖一层热熔胶，采用真空热压机压合预叠超材料，获得所需的超材料，具体压合过程与实施例二一致，在此不再赘述。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。
Claims (7)
1.一种超材料片层加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、洁净无纤维基板后，采用化学沉铜的方法在所述无纤维基板表面沉积一层铜，沉铜的厚度为0.2～0.6μm，所述无纤维基板由有机树脂材料制成；
b、对沉铜后的无纤维基板进行铜电镀，将铜电镀到10～100μm的厚度；
c、在完成铜电镀的无纤维基板上进行金属微结构的制备，获得超材料片层。
2.根据权利要求1所述的超材料片层加工方法，其特征在于，所述的步骤c中通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻技术制备金属微结构。
3.一种超材料，其特征在于，包括权利要求1所述的方法制备的多个超材料片层，相邻超材料片层之间还覆盖有一层热熔胶。
4.根据权利要求3所述超材料，其特征在于，所述多个超材料片层通过压合方法粘接在一起。
5.根据权利要求3所述的超材料，其特征在于，所述超材料片层的基板为无纤维基板。
6.根据权利要求5述的超材料，其特征在于，所述无纤维基板由有机树脂材料制成。
7.根据权利要求6所述的超材料，其特征在于，所述有机树脂为聚丙烯、聚乙烯、环氧树脂、酚醛树脂或聚氨酯。
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