CN104837326A - 具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法 - Google Patents

Abstract

具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法属于光学窗技术领域；该方法首先在曲面衬底外表面边缘粘贴胶带，并涂覆裂纹漆，然后在合适的条件下将裂纹漆自然干燥，形成裂纹模板，再揭除胶带，接着在裂纹模板表面沉积导电金属层，最后溶解去除裂纹模板，得到电磁屏蔽曲面光学窗；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，同时应用范围更广。

Description

具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法

技术领域

具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法属于光学窗技术领域。

背景技术

曲面光学窗是基于空气动力学原理，采用球面或非球面技术优化设计得到的一类特殊形状的光学窗。它打破了传统光学窗以平面为主的现状，在航空航天领域，对于减小飞行器空气阻力、提高飞行速度具有重要意义。传统的曲面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，传统的方形或圆环形金属网栅作为屏蔽的核心器件，仅适用于平面光学窗，均难以在球面、共形曲面等曲面光学窗上实现均匀分布。

专利02133140.9“一种凹球面光刻刻划机”描述了一种在凹球面上制造超微细元件的光刻机，可以用于加工“经纬相交型”金属网栅，该“经纬相交型”金属网栅结构设计和制作工艺利用了球形窗内表面的同心特性，然而这种金属网栅制作方法仅适用于球面光学窗，并不适用于不具有同心性的曲面光学窗。专利201010239355.8“一种具有经纬形网栅结构的电磁屏蔽共形光学窗”描述了一种适用于共形光学窗的经纬形金属网栅电磁屏蔽结构，实现了金属网栅结构具有的间距周期纬线和相邻纬线间的周期经线设计，保证金属分布的周期性和均匀性。但是这种经纬形金属网栅制作十分困难，依赖特殊加工装备；且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，本发明公开了具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，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曲面光学窗，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：

具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，包括以下步骤：

步骤a，在清洗干净的曲面衬底外表面边缘粘贴一圈宽度为5～20mm的胶带；

步骤b，采用喷涂法或浸渍提拉法在胶带没有覆盖到的曲面衬底上涂覆含有水性丙烯酸树脂的裂纹漆；

步骤c，在密闭腔室中，控制腔室温度为20～25℃，湿度为50～80％RH，将裂纹漆自然干燥，形成裂纹模板；

步骤d，揭除胶带；

步骤e，采用磁控溅射方式或电子束蒸镀方式，在裂纹模板表面沉积导电金属层；

步骤f，采用氯仿溶液或PGMEA溶液溶解去除裂纹模板，得到电磁屏蔽曲面光学窗。

上述具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，步骤b所述的裂纹漆用稀释剂稀释，稀释比例k定义为稀释剂与裂纹漆的体积比，并且2≤k≤5。

步骤b所述的喷涂法采用如下条件：压缩气压0.3Mpa，喷头扫描速度100mm/s，喷头步进速度3mm/步；在上述喷涂条件下，所获得的裂纹漆厚度h与出胶量z之间的关系为：

h＝(1.981-0.86lnk)(0.002z⁴-0.028z³+0.130z²-0.169z+2.992)

式中，h为裂纹漆厚度，单位μm；z为出胶量，取值范围为2～8ml/min；k为稀释比例。

步骤b所述的浸渍提拉法采用如下条件：提拉速度为500μm/s，在上述涂覆条件下，所获得的裂纹漆厚度h与稀释比例k之间的关系为：

h＝0.125k²-1.345k+5.895

式中，h为裂纹漆厚度，单位μm；k为稀释比例。

步骤c所述的裂纹模板的平均裂纹宽度w与裂纹漆厚度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为裂纹漆厚度，单位μm。

步骤c所述的裂纹模板的平均裂纹间隔d与裂纹漆厚度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为裂纹漆厚度，单位μm。

上述具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，步骤f还包括采用丙酮酒精清洗衬底的步骤。

上述具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，所述的曲面衬底的面型为球面、球冠面、圆柱面或共形曲面。

有益效果：

第一、由于使用含有水性丙烯酸树脂的裂纹漆作为掩模液，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漆作为掩模液，而这种掩模液在氯仿溶液或PGMEA溶液中能够溶解，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。

第四、由于步骤a的粘贴胶带、以及步骤c的将裂纹漆自然干燥形成裂纹模板，两次简单的工艺处理，实现了同时制作屏蔽层与导电环，使制作得到的电磁屏蔽曲面光窗的边缘具有金属导电环，能够为光学窗与屏蔽壳体的连接提供优良接触点，扩大光学窗的普适性。

综上所述，使用本发明具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗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，同时应用范围更广。

附图说明

图1是本发明具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法流程图。

图2是本发明具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗的工艺流程图。

图中：1曲面衬底、2胶带、3裂纹漆、4裂纹模板、5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

本实施例的具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，流程图如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤a，在清洗干净的曲面衬底1外表面边缘粘贴一圈宽度为5～20mm的胶带2；

步骤b，采用喷涂法或浸渍提拉法在胶带2没有覆盖到的曲面衬底1上涂覆含有水性丙烯酸树脂的裂纹漆3；

步骤c，在密闭腔室中，控制腔室温度为20～25℃，湿度为50～80％RH，将裂纹漆3自然干燥，形成裂纹模板4；

步骤d，揭除胶带2；

步骤e，采用磁控溅射方式或电子束蒸镀方式，在裂纹模板4表面沉积导电金属层5；

步骤f，采用氯仿溶液或PGMEA溶液溶解去除裂纹模板4，得到电磁屏蔽曲面光学窗。

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

本实施例的具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，方法流程与工艺流程同具体实施例一完全相同，区别在于，裂纹漆用稀释剂稀释，稀释比例k定义为稀释剂与裂纹漆的体积比，并且2≤k≤5。

在上述比例条件下，发现：

裂纹模板4的平均裂纹宽度w与裂纹漆3厚度h之间的关系为：

w＝0.342e^0.266h

式中，w为裂纹模板4的平均裂纹宽度，单位μm；h为裂纹漆3厚度，单位μm。

裂纹模板4的平均裂纹间隔d与裂纹漆3厚度h之间的关系为：

d＝15.8e^0.169h

式中，d为裂纹模板4的平均裂纹间隔，单位μm；h为裂纹漆3厚度，单位μm。

这两个式子说明，裂纹模板4的平均裂纹宽度w与裂纹模板4的平均裂纹间隔d都是裂纹漆3厚度h的函数，并且随裂纹漆3厚度h的变化呈现出不同的变化规律。

那么就会存在一个裂纹漆3厚度h范围，在该数值范围下，裂纹模板4的平均裂纹宽度w与裂纹模板4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。

又经过大量的理论推导和实验，发现：

对于喷涂法，压缩气压0.3Mpa，喷头扫描速度100mm/s，喷头步进速度3mm/步时，裂纹漆3厚度h与出胶量z之间的关系为：

h＝(1.981-0.86lnk)(0.002z⁴-0.028z³+0.130z²-0.169z+2.992)

式中，h为裂纹漆3厚度，单位μm；z为出胶量，取值范围为2～8ml/min；k为稀释比例；

对于浸渍提拉法，提拉速度为500μm/s时，裂纹漆3厚度h与稀释比例k之间的关系为：

h＝0.125k²-1.345k+5.895

式中，h为裂纹漆3厚度，单位μm；k为稀释比例。

以上喷涂法和浸渍提拉法的参数条件，使裂纹模板4的平均裂纹宽度w与裂纹模板4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。

以上实施例的具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，步骤f还包括采用丙酮酒精清洗衬底的步骤。

以上实施例的具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，所述的曲面衬底1的面型为球面、球冠面、圆柱面或共形曲面。

Claims (8)

1.具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a，在清洗干净的曲面衬底(1)外表面边缘粘贴一圈宽度为5～20mm的胶带(2)；

步骤b，采用喷涂法或浸渍提拉法在胶带(2)没有覆盖到的曲面衬底(1)上涂覆含有水性丙烯酸树脂的裂纹漆(3)；

步骤c，在密闭腔室中，控制腔室温度为20～25℃，湿度为50～80％RH，将裂纹漆(3)自然干燥，形成裂纹模板(4)；

步骤d，揭除胶带(2)；

步骤e，采用磁控溅射方式或电子束蒸镀方式，在裂纹模板(4)表面沉积导电金属层(5)；

步骤f，采用氯仿溶液或PGMEA溶液溶解去除裂纹模板(4)，得到电磁屏蔽曲面光学窗。

2.根据权利要求1所述的具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，其特征在于，步骤b所述的裂纹漆用稀释剂稀释，稀释比例k定义为稀释剂与裂纹漆的体积比，并且2≤k≤5。

3.根据权利要求2所述的具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，其特征在于，步骤b所述的喷涂法采用如下条件：压缩气压0.3Mpa，喷头扫描速度100mm/s，喷头步进速度3mm/步；在上述喷涂条件下，所获得的裂纹漆(3)厚度h与出胶量z之间的关系为：

h＝(1.981-0.86lnk)(0.002z⁴-0.028z³+0.130z²-0.169z+2.992)

式中，h为裂纹漆(3)厚度，单位μm；z为出胶量，取值范围为2～8ml/min；k为稀释比例。

4.根据权利要求2所述的具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，其特征在于，步骤b所述的浸渍提拉法采用如下条件：提拉速度为500μm/s，在上述涂覆条件下，所获得的裂纹漆(3)厚度h与稀释比例k之间的关系为：

h＝0.125k²-1.345k+5.895

式中，h为裂纹漆(3)厚度，单位μm；k为稀释比例。

5.如权利要求3或4所述的具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，其特征在于，步骤c所述的裂纹模板(4)的平均裂纹宽度w与裂纹漆(3)厚度h之间的关系为：

w＝0.342e^0.266h

式中，w为裂纹模板(4)的平均裂纹宽度，单位μm；h为裂纹漆(3)厚度，单位μm。

6.如权利要求3或4所述的具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，其特征在于，步骤c所述的裂纹模板(4)的平均裂纹间隔d与裂纹漆(3)厚度h之间的关系为：

d＝15.8e^0.169h

式中，d为裂纹模板(4)的平均裂纹间隔，单位μm；h为裂纹漆(3)厚度，单位μm。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，其特征在于，步骤f还包括采用丙酮酒精清洗衬底的步骤。

8.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，其特征在于，所述的曲面衬底(1)的面型为球面、球冠面、圆柱面或共形曲面。