CN103296461B - 一种三维超材料片层的制备方法及超材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维超材料片层和超材料的制备方法，该超材料片层包括基板和若干金属微结构，金属微结构包括相对应的设置于基板两表面的第一金属走线、第二金属走线以及贯穿基板、连接第一金属走线、第二金属走线的第三金属走线，包括以下步骤：在基板两表面相对应的附着第一金属走线、第二金属走线；在基板打出贯穿基板的通孔，通孔两端分别位于的第一金属走线和第二金属走线上；金属化通孔。超材料间隔的叠合超材料片层和间隔层即可。本发明的三维超材料片层和三维超材料的制备方法提供了一种三维超材料的制备方法，该制备方法只需利用现有的设备，实现了三维超材料的批量生产，为三维超材料的进一步应用提供了保障。

Description

一种三维超材料片层的制备方法及超材料的制备方法

技术领域

本发明涉及超材料领域，具体涉及制备三维超材料片层及由三维超材料片层构成的超材料的方法。

背景技术

随着雷达探测、卫星通讯、航空航天等高新技术的快速发展，以及抗电磁干扰、隐形技术、微波暗室等研究领域的兴起，微波吸收材料的研究越来越受到人们的重视。超材料可以出现非常奇妙的电磁效应，可用于吸波材料和隐形材料等领域，成为吸波材料领域研究的热点。

超材料的性质和功能主要来自于其内部具有周期排列的金属结构，如何精确制备精细的金属结构成为超材料制备技术的关键。

现有超材料功能板的金属微结构一般阵列在介质基板的表面，各层超材料功能板紧密结合形成整个超材料，其各个单元的等效介电常数或等效磁导率为介质基板和金属微结构两者的介电常数或磁导率的叠加，通过改变金属微结构来实现整个超材料的等效介电常数或等效磁导率的改变。

常见的“十”字形、“S”形、“H”形金属微结构大部分都是二维的，可采用印制PCB板的方式实现，而对于三维金属微结构的加工、三维超材料的制备目前还没有一种可广泛使用的方法。

发明内容

为了解决现有技术中三维超材料制备存在的问题，本发明提供了一种三维超材料片层及三维超材料的制备方法，实现了三维超材料的批量制造，为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种三维超材料片层的制备方法，所述超材料片层包括基板和若干金属微结构，所述金属微结构包括相对应的设置于所述基板两表面的第一金属走线、第二金属走线以及贯穿所述基板、连接所述第一金属走线、所述第二金属走线的第三金属走线，包括以下步骤：

1)在基板两表面相对应的附着所述第一金属走线、所述第二金属走线；

2)在所述基板打出贯穿所述基板的通孔，所述通孔两端分别位于的所述第一金属走线和所述第二金属走线上；

3)金属化所述通孔。

进一步地，所述通孔的轴线与所述基板的两表面不垂直。

进一步地，所述步骤1)包括：在所述基板两表面附着金属层；将所述金属层加工去除材料，在所述基板两表面分别余下所述第一金属走线和所述第二金属走线。

进一步地，所述基板两表面附着金属层通过电镀、沉积方式实现；所述金属层加工去除材料采用蚀刻方式实现。

进一步地，所述步骤1)包括：在所述基板两表面上分别附着保护层，所述保护层分别具有与所述第一金属走线、所述第二金属走线相同的镂孔；分别在所述保护层上附着金属层，经过所述镂孔的金属层局部直接附着在基板上；去除所述保护层及所述保护层上的金属层，附着在基板上的金属层部分分别形成所述第一金属走线、第二金属走线。

进一步地，所述保护层为光刻胶或光刻薄膜。

进一步地，所述步骤1)采用打印的方式将金属粉直接打印到所述基板的两表面上组成所述第一金属走线、所述第二金属走线。

进一步地，所述步骤2)采用机械钻孔或者激光钻孔的方式打出贯穿所述基板的所述通孔。

进一步地，所述步骤3)采用电镀实现通孔金属化。

一种三维超材料的制备方法，包括若干超材料片层和间隔所述超材料片层而设置的间隔层，所述超材料片层包括基板和若干金属微结构，所述金属微结构包括相对应的设置于所述基板两表面的第一金属走线、第二金属走线以及贯穿所述基板、连接所述第一金属走线、所述第二金属走线的第三金属走线，包括以下步骤：

1)在所述基板和所述间隔层上进行定位标记；

2)按照权利要求1至9任一项所述的方法制备所述超材料片层；

3)根据所述定位标记将所述超材料片层与所述间隔层间隔叠合。

本发明的三维超材料片层和三维超材料的制备方法提供了一种三维超材料的制备方法，该制备方法只需利用现有的设备，实现了三维超材料的批量生产，为三维超材料的进一步应用提供了保障。

附图说明

图1是本发明三维超材料片层制备过程状态图；

图2是图1中三维超材料片层一超材料单元制备过程状态图；

图3是三维超材料制备过程状态图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做一步说明。

参见图1和图2，所示为本发明三维超材料片层及一超材料单元制备过程状态图，图2中a-d分别一一对应图1中a-d的制备状态变化。

参见图1中a和图2中a，为制备超材料片层1准备的原材料，该超材料片层1包括基板12，超材料片层被虚拟划分为多个超材料单元11，为了便于超材料片层1的制备，设置了定位孔13。

参见图1中b和图2中b，基板12两表面分别附着了第一金属走线111和第二金属走线112，可以先在基本12两表面通过沉积或者电镀的方式附着金属层，然后再将金属层通过蚀刻的方法去除第一金属走线111和第二金属走线112以外的部分，得到第一金属走线111和第二金属走线112；在基板12表面附着第一金属走线111和第二金属走线112也可以先在基板12两表面附着保护层，保护层上分别具有第一金属走线111和第二金属走线112的镂孔，然后通过沉积或者电镀的方式在保护层上附着金属层，经过保护层镂孔的金属层局部直接附着在基板12上，去除保护层和保护层上的金属层后，附着在基板12两表面的金属层部分即形成了第一金属走线111和第二金属走线112，使用的保护膜可以是光刻胶或光刻薄膜。

参见图1中c和图2中c，在超材料片层1的基板12上打出通孔113，该通孔113贯穿基板12，该通孔113的两端分别位于第一金属走线111和第二金属走线112上，该通孔113的轴线可以与基板12的两表面垂直，也可以是不垂直的，呈一定角度的从基板12一表面上第一金属走线111上贯穿至基板12另一表面上第二金属走线112上，也可以是分别呈一定角度的从基板12的两表面向基板12内打孔，在基板12内两孔相交，构成折线形式的通孔，通孔可以采用机械钻孔或者激光钻孔的方式实现。

参见图1中d和图2中d，使通孔113金属化为第三金属走线114，通孔113的金属化可通过电镀的方式实现，第三金属走线114使位于基板12两表面的第一金属走线111和第二金属走线112实现电连接，第一金属走线111、第二金属走线112和第三金属走线113构成了具有空间结构的金属微结构。通过以上步骤即实现了超材料片层1的制备。

关于在基板12上附着金属走线还可以采用打印的方式，将金属粉直接打印到基板的两表面上形成金属走线。通孔的金属化也可以采用导电材料填充的方式实现，只要能够使第一金属走线和第二金属走线电连接并形成第三金属走线即可。

基板上的第一金属走线和第二金属走线可以是相同的、位置也相互对应的，也可以是不同的，根据需要设计，只要满足第三金属走线能够电连接第一金属走线和第二金属走线即可。

参见图3所示，为利用图1中制备的超材料片层制备超材料的过程状态图。参见图3中a，制备超材料10需要超材料片层1和间隔层2，在超材料片层1和间隔层2的相应的位置分别设置了定位孔13、23，然后按照图1和图2所示制备超材料片层1，最后利用定位孔将超材料片层1和间隔层2间隔的叠合即得到超材料10。

超材料片层和间隔层的定位还可以采用其他方式，例如在超材料片层和间隔层的外侧面上设置缺口等。超材料片层与间隔层的间隔叠合可以根据需要在叠合过程中进行热压等操作，也可以在超材料片层与间隔层的外侧设置夹紧的结构。间隔层的材料可以与超材料片层的基板材料相同，都为聚四氟乙烯、环氧树脂、FR-4、陶瓷、铁氧材料、SiO2等非金属材料，也可以选择其中的不同的材料或者其他的非金属材料。

上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是具有限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨下的任何改进技术方案，均处于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维超材料片层的制备方法，所述超材料片层包括基板和若干金属微结构，所述金属微结构包括相对应的设置于所述基板两表面的第一金属走线、第二金属走线以及贯穿所述基板、连接所述第一金属走线、所述第二金属走线的第三金属走线，其特征在于，包括以下步骤：

1)在基板两表面相对应的附着所述第一金属走线、所述第二金属走线；所述第一金属走线和第二金属走线均为工字型走线且尺寸相同，并且在平行于所述基板表面的平面上的投影重合；

2)在所述基板打出贯穿所述基板的通孔，所述通孔两端分别位于所述第一金属走线和所述第二金属走线上；所述通孔的一端位于所述第一金属走线的一个走线交点上，另一端位于所述第二金属走线的一个走线交点上，且两个所述走线交点上下正对；

3)金属化所述通孔。

2.根据权利要求1所述的三维超材料片层的制备方法，其特征在于，所述通孔的轴线与所述基板的两表面不垂直。

3.根据权利要求1或2所述的三维超材料片层的制备方法，其特征在于，所述步骤1)包括：在所述基板两表面附着金属层；将所述金属层加工去除材料，在所述基板两表面分别余下所述第一金属走线和所述第二金属走线。

4.根据权利要求3所述的三维超材料片层的制备方法，其特征在于，所述基板两表面附着金属层通过电镀、沉积方式实现；所述金属层加工去除材料采用蚀刻方式实现。

5.根据权利要求1或2所述的三维超材料片层的制备方法，其特征在于，所述步骤1)包括：在所述基板两表面上分别附着保护层，所述保护层分别具有与所述第一金属走线、所述第二金属走线相同的镂孔；分别在所述保护层上附着金属层，经过所述镂孔的金属层局部直接附着在基板上；去除所述保护层及所述保护层上的金属层，附着在基板上的金属层部分分别形成所述第一金属走线、第二金属走线。

6.根据权利要求5所述的三维超材料片层的制备方法，其特征在于，所述保护层为光刻胶或光刻薄膜。

7.根据权利要求1或2所述的三维超材料片层的制备方法，其特征在于，所述步骤1)采用打印的方式将金属粉直接打印到所述基板的两表面上组成所述第一金属走线、所述第二金属走线。

8.根据权利要求1或2所述的三维超材料片层的制备方法，其特征在于，所述步骤2)采用机械钻孔或者激光钻孔的方式打出贯穿所述基板的所述通孔。

9.根据权利要求1或2所述的三维超材料片层的制备方法，其特征在于，所述步骤3)采用电镀实现通孔金属化。

10.一种三维超材料的制备方法，包括若干超材料片层和间隔所述超材料片层而设置的间隔层，所述超材料片层包括基板和若干金属微结构，所述金属微结构包括相对应的设置于所述基板两表面的第一金属走线、第二金属走线以及贯穿所述基板、连接所述第一金属走线、所述第二金属走线的第三金属走线，其特征在于，包括以下步骤：

1)在所述基板和所述间隔层上进行定位标记；

2)按照权利要求1至9任一项所述的方法制备所述超材料片层；

3)根据所述定位标记将所述超材料片层与所述间隔层间隔叠合。