CN104822249B - 一种电磁屏蔽光学窗的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种电磁屏蔽光学窗的制作方法属于光学窗技术领域；该方法首先在平板衬底的上表面滴涂含有水性丙烯酸树脂的裂纹甲油，然后采用旋涂法将其均匀涂覆在衬底表面，形成掩模层薄膜；再在特定温度和湿度范围下，将掩模层薄膜自然干燥，形成裂纹模板；然后在裂纹模板的表面沉积导电金属层；最后溶解去除裂纹模板，得到电磁屏蔽光学窗；本发明不仅避免因金属线宽增加而降低光学窗透光性能的问题，而且避免传统机械摩擦方式同时降低光学窗的透光性能和电磁屏蔽性能，还给出能够解决高级次衍射能量分布不均匀问题的具体加工条件，使本发明方法制作出的电磁屏蔽光学窗，不仅具有良好的电磁屏蔽性能，而且具有良好的光学性能。

Description

一种电磁屏蔽光学窗的制作方法

技术领域

一种电磁屏蔽光学窗的制作方法属于光学窗技术领域。

背景技术

光学窗在遥测遥感、医疗诊断、保密通讯、航空航天装备等领域均具有广泛应用。传统的光学窗为单纯的电磁波透过窗口。然而，用电设备的不断增长，不仅会使电磁波的强度大幅增加，而且会使电磁波的波段不断拓宽，造成空间电磁环境日趋恶化，由于传统光学窗对电磁波具有通透性，因此电磁环境的恶化会对电磁敏感的设备产生不利影响。为了降低电磁干扰，需要在光学窗上增加电磁屏蔽功能。

名称为“电磁波屏蔽薄膜及其制造方法(申请号：200610084149.8)”，以及“具有圆环金属网栅结构的电磁屏蔽光学窗(申请号：200610010066.4)”等发明专利和学术论文，均公开了一类表面分布有线条宽度在微米或亚微米量级的周期金属网状图案的光学窗，这类光学窗具有明显的电磁屏蔽效果。然而，周期性或亚周期性图案，会使光学窗产生很强的光学衍射效应，从而降低了光学窗的光学性能。

申请号为201310122824.1的发明专利“一种基于龟裂模板法制备多孔金属薄膜透明导电电极的方法”，公开了一种电极制备方法，该方法利用二氧化钛溶液龟裂成的非周期龟裂模板，制作出非周期金属网状图案。如将其用于制作电磁屏蔽光学窗，具有解决高级次衍射能量分布不均匀问题的潜在能力。

然而，将该专利用于制作电磁屏蔽光学窗，会存在以下缺点和不足：

第一、该方法采用二氧化钛溶液作为龟裂液，由于二氧化钛溶胶在空气中水解后转变成多晶薄膜，而多晶薄膜在干燥的过程中体积严重收缩，造成裂缝严重翘曲，因此会增加裂缝宽度，进而增加金属线宽，影响光学窗的透光性能。

第二、该方法采用二氧化钛溶液作为龟裂液，在去除龟裂模板的时候，由于二氧化钛物理化学性能稳定，因此由其制作的龟裂模板只能采用机械摩擦的方式去除，不仅去除工艺复杂，而且机械摩擦还会磨损衬底和金属电极，分别影响光学窗的透光性能和电磁屏蔽性能。

第三、按照该发明的方法制作电磁屏蔽光学窗，虽然突破了周期限制，但是否能够解决高级次衍射能量分布不均匀的问题，或在什么具体条件下才能解决问题，没有进行讨论。

发明内容

针对上述缺点和不足，本发明公开了一种电磁屏蔽光学窗的制作方法，该方法不仅回避使用二氧化钛溶液，避免因金属线宽增加而降低光学窗透光性能的问题，而且无需采用机械摩擦的方式去除模板，避免传统机械摩擦方式同时降低光学窗的透光性能和电磁屏蔽性能，还给出能够解决高级次衍射能量分布不均匀问题的具体加工条件，使本发明方法制作出的电磁屏蔽光学窗，不仅具有良好的电磁屏蔽性能，而且在解决高级次衍射能量分布不均匀问题时，达到了不发生明显衍射的效果，具有良好的透光性能。

本发明的目的是这样实现的：

一种电磁屏蔽光学窗的制作方法，包括以下步骤：

步骤a，首先在平板衬底的上表面滴涂掩模液，所述的掩模液为含有水性丙烯酸树脂的裂纹甲油，然后采用旋涂法将掩模液均匀涂覆在衬底表面，形成掩模层薄膜；

步骤b，在密闭腔室中，控制腔室温度为20～25℃，湿度为50～80％RH，将掩模层薄膜自然干燥，形成裂纹模板；

步骤c，采用磁控溅射方式或电子束蒸镀方式，在裂纹模板的表面沉积导电金属层；

步骤d，采用裂纹甲油清洗剂或氯仿溶液溶解去除裂纹模板，得到电磁屏蔽光学窗。

上述电磁屏蔽光学窗的制作方法，步骤a所述的平板衬底的材料为石英、ZnS、MgF₂或PET等光学窗材料。

上述电磁屏蔽光学窗的制作方法，步骤a所述的裂纹甲油采用稀释剂稀释，稀释比例k定义为稀释剂与裂纹甲油的体积比，并且1≤k≤7。

步骤b所述的裂纹模板的平均裂纹宽度w与掩模层薄膜厚度h之间的关系为：

w＝0.342e^0.266h

式中，w为裂纹模板的平均裂纹宽度，单位μm；h为掩模层薄膜厚度，单位μm。

步骤b所述的裂纹模板的平均裂纹间隔d与掩模层薄膜厚度h之间的关系为：

d＝15.8e^0.169h

式中，d为裂纹模板的平均裂纹间隔，单位μm；h为掩模层薄膜厚度，单位μm。

所述的厚度h与旋涂转速r之间满足：

h＝(1.283-0.25lnk)(0.008r⁴-0.237r³+2.542r²-11.98r+25.64)

式中，r的取值范围在1kr/min至6kr/min之间。

上述电磁屏蔽光学窗的制作方法，步骤c所述的导电金属层为以下两种结构中的任意一种：

结构一：厚度大于100nm的单层金属膜，所述单层金属膜为金、银、铜或铝；

结构二：三明治夹层结构的金属膜，从下至上依次为厚度小于50nm的桥接层、厚度大于100nm的屏蔽层和厚度大于30nm的保护层；所述的桥接层材料为铬、钛或镍，屏蔽层材料为银或铝，保护层材料为铬或镍。

有益效果：

第一、由于使用含有水性丙烯酸树脂的裂纹甲油作为掩模液，而这种掩模液在龟裂过程中，不会发生体积严重收缩及裂缝严重翘曲，因此不会造成裂缝宽度增加，解决了因金属线宽增加而降低光学窗透光性能的问题。

第二、由于使用含有水性丙烯酸树脂的裂纹甲油作为掩模液，而这种掩模液在裂纹甲油清洗剂或氯仿溶液能够溶解，即采用溶解的方式即可去除裂纹模板，因此解决了因使用传统机械摩擦而造成的光学窗的透光性能和电磁屏蔽性能降低的问题。

第三、由于给出了密闭腔室的温度为20～25℃，湿度为50～80％RH的条件，在此条件下制作出的光学窗，在解决高级次衍射能量分布不均匀问题时，甚至达到了不发生明显衍射的效果，提高了光学窗的透光性能。

综上所述，使用本发明电磁屏蔽光学窗的制作方法制作出的光学窗，不仅具有良好的电磁屏蔽性能，而且具有良好的透光性能。

附图说明

图1是本发明电磁屏蔽光学窗的制作方法流程图。

图2是本发明电磁屏蔽光学窗的工艺流程图。

图中：11平板衬底、12掩模层薄膜、13裂纹模板、14导电金属层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。

具体实施例一

本实施例的电磁屏蔽光学窗的制作方法，流程图如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤a，首先在平板衬底11的上表面滴涂掩模液，所述的掩模液为含有水性丙烯酸树脂的裂纹甲油，然后采用旋涂法将掩模液均匀涂覆在衬底表面，形成掩模层薄膜12；

步骤b，在密闭腔室中，控制腔室温度为20～25℃，湿度为50～80％RH，将掩模层薄膜12自然干燥，形成裂纹模板13；

步骤c，采用磁控溅射方式或电子束蒸镀方式，在裂纹模板13的表面沉积导电金属层14；

步骤d，采用裂纹甲油清洗剂或氯仿溶液溶解去除裂纹模板13，得到电磁屏蔽光学窗。

该方法的工艺流程图如图2所示。

按照本实施例方法制作得到的电磁屏蔽光学窗，能够解决高级次衍射能量分布不均匀的问题。

具体实施例二

本实施例的电磁屏蔽光学窗的制作方法，方法流程与工艺流程同具体实施例一完全相同，区别在于，限定裂纹甲油采用稀释剂稀释，稀释比例k定义为稀释剂与裂纹甲油的体积比，并且1≤k≤7。

在上述比例条件下，发现裂纹模板13的平均裂纹宽度w与掩模层薄膜12厚度h之间的关系为：

w＝0.342e^0.266h

式中，w为裂纹模板13的平均裂纹宽度，单位μm；h为掩模层薄膜12厚度，单位μm。

裂纹模板13的平均裂纹间隔d与掩模层薄膜12厚度h之间的关系为：

d＝15.8e^0.169h

式中，d为裂纹模板13的平均裂纹间隔，单位μm；h为掩模层薄膜12厚度，单位μm。

这两个式子说明，裂纹模板13的平均裂纹宽度w与裂纹模板13的平均裂纹间隔d都是掩模层薄膜12厚度h的函数，并且随掩模层薄膜12厚度h的变化呈现出不同的变化规律。

那么就会存在一个掩模层薄膜12厚度h范围，在该数值范围下，裂纹模板13的平均裂纹宽度w与裂纹模板13的平均裂纹间隔d的数值组合，使电磁屏蔽光学窗达到接近理想的光学特性。

经过大量的理论推导和实验，发现掩模层薄膜12厚度h与旋涂转速r之间满足：

h＝(1.283-0.25lnk)(0.008r⁴-0.237r³+2.542r²-11.98r+25.64)

又经过反复实验，发现r的取值范围在1kr/min至6kr/min之间时，使裂纹模板13的平均裂纹宽度w与裂纹模板13的平均裂纹间隔d的数值组合，不仅解决高级次衍射能量分布不均匀问题时，甚至达到了不发生明显衍射的效果。

以上两个实施例的电磁屏蔽光学窗的制作方法：

步骤a所述的平板衬底11的材料为石英、ZnS、MgF₂或PET等光学窗材料。

步骤c所述的导电金属层14为以下两种结构中的任意一种：

结构一：厚度大于100nm的单层金属膜，所述单层金属膜为金、银、铜或铝；

结构二：三明治夹层结构的金属膜，从下至上依次为厚度小于50nm的桥接层、厚度大于100nm的屏蔽层和厚度大于30nm的保护层；所述的桥接层材料为铬、钛或镍，屏蔽层材料为银或铝，保护层材料为铬或镍。

Claims (7)

1.一种电磁屏蔽光学窗的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a，首先在平板衬底(11)的上表面滴涂掩模液，所述的掩模液为含有水性丙烯酸树脂的裂纹甲油，然后采用旋涂法将掩模液均匀涂覆在衬底表面，形成掩模层薄膜(12)；

步骤b，在密闭腔室中，控制腔室温度为20～25℃，湿度为50～80％RH，将掩模层薄膜(12)自然干燥，形成裂纹模板(13)；

步骤c，采用磁控溅射方式或电子束蒸镀方式，在裂纹模板(13)的表面沉积导电金属层(14)；

步骤d，采用裂纹甲油清洗剂或氯仿溶液溶解去除裂纹模板(13)，得到电磁屏蔽光学窗。

2.如权利要求1所述的电磁屏蔽光学窗的制作方法，其特征在于，步骤a所述的平板衬底(11)的材料为石英、ZnS、MgF₂或PET。

3.如权利要求1所述的电磁屏蔽光学窗的制作方法，其特征在于，步骤a所述的裂纹甲油采用稀释剂稀释，稀释比例k定义为稀释剂与裂纹甲油的体积比，并且1≤k≤7。

4.如权利要求3所述的电磁屏蔽光学窗的制作方法，其特征在于，步骤b所述的裂纹模板(13)的平均裂纹宽度w与掩模层薄膜(12)厚度h之间的关系为：

w＝0.342e^0.266h

式中，w为裂纹模板(13)的平均裂纹宽度，单位μm；h为掩模层薄膜(12)厚度，单位μm。

5.如权利要求3所述的电磁屏蔽光学窗的制作方法，其特征在于，步骤b所述的裂纹模板(13)的平均裂纹间隔d与掩模层薄膜(12)厚度h之间的关系为：

d＝15.8e^0.169h

式中，d为裂纹模板(13)的平均裂纹间隔，单位μm；h为掩模层薄膜(12)厚度，单位μm。

6.如权利要求4或5所述的电磁屏蔽光学窗的制作方法，其特征在于，所述的厚度h与旋涂转速r之间满足：

h＝(1.283-0.25lnk)(0.008r⁴-0.237r³+2.542r²-11.98r+25.64)

式中，r的取值范围在1kr/min至6kr/min之间。

7.如权利要求1所述的电磁屏蔽光学窗的制作方法，其特征在于，步骤c所述的导电金属层(14)为以下两种结构中的任意一种：

结构一：厚度大于100nm的单层金属膜，所述单层金属膜为金、银、铜或铝；

结构二：三明治夹层结构的金属膜，从下至上依次为厚度小于50nm的桥接层、厚度大于100nm的屏蔽层和厚度大于30nm的保护层；所述的桥接层材料为铬、钛或镍，屏蔽层材料为银或铝，保护层材料为铬或镍。