CN109819638A - 一种电磁屏蔽玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电磁屏蔽玻璃制备技术领域，并具体公开了一种电磁屏蔽玻璃及其制备方法，其采用如下步骤制备电磁屏蔽玻璃：S1利用激光微增材制造技术在玻璃表面制作出导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜；S2利用激光焊接技术将上述带有导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜的玻璃，与另外有或无导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜的玻璃焊接在一起，以此得到所需的电磁屏蔽玻璃。本发明具有步骤简单、节约原材料、透光率高、屏蔽效能高等优点，适用于制备电磁屏蔽环境中所需的电磁屏蔽玻璃。

Description

一种电磁屏蔽玻璃及其制备方法

技术领域

本发明属于电磁屏蔽玻璃制备技术领域，更具体地，涉及一种电磁屏蔽玻璃及其制备方法。

背景技术

电磁波广泛应用在军事、工业和民用等领域带来了极大的方便，但同时也带来了严重的危害。首先，由于电子线路和元器件的高度集成化和微型化，使其所使用的电流仅为微弱电流，从而使其控制讯号的功率与外部噪音电磁波的功率接近，这就容易产生误动，或造成声音及图像障碍等；其次，这些电子产品本身也会向外部发射不同频率的电磁波，同样会给其附近的电子设备造成干扰；再次，对于军用电子设备，除了防止外界电磁波对其正常工作产生干扰外，还要防止其本身的电磁波向外泄露，进而导致泄密；最后，电磁波通过辐射，也会给生物体造成伤害。因此，在当今社会，无论是民用电子设备还是军用电子设备，从环保和安全角度出发，都应进行电磁屏蔽。

电磁屏蔽是电磁兼容技术的主要措施，一方面可以用屏蔽材料将电磁干扰源封闭起来，使其外部电磁场的强度低于允许值；另一方面，也可以用屏蔽材料将电磁敏感电路封闭起来，使其内部电磁场强度低于允许值。电磁屏蔽玻璃就是为适应电磁屏蔽技术而研制出的一种电磁屏蔽材料，它既具有电磁屏蔽的能力，又具有透光能力。

目前，电磁屏蔽玻璃的制作技术主要有三种：一是将含金、银、铜、铁、铟、锡等金属或无机或有机化合物盐类，通过物理(真空蒸发、阴极溅射等)和化学(化学气相沉积、化学热分解、溶胶凝胶等)的方法，在玻璃表面形成含上述金属的膜层；二是在夹层玻璃中夹持导电金属丝网；三是上述两种方法同时采用，以增大屏蔽效能。例如专利CN201020697812.3和CN201710396811.1均是通过将导电金属丝网或屏蔽用导电膜层通过粘接胶片粘结在透明玻璃之间，制作电磁屏蔽玻璃；专利CN201610966831.3公开了一种在玻璃基板上依次真空镀底层、屏蔽层和绝缘层的方法，制作低阻高透电磁屏蔽玻璃，专利CN201710517878.6公开了一种通过光刻-镀膜技术制作电磁屏蔽玻璃的方法，CN200880010821.6和CN201410751929.8均公开了一种利用印刷法在玻璃一侧形成图形，再烧制形成有导电图形的屏蔽玻璃制作技术。

上述这些制作电磁屏蔽玻璃的技术，要么需要真空镀膜，导致设备成本高、效率低、不便于大面积制作；而对于利用粘结胶片将金属丝网粘结在玻璃板之间的主流制作技术，不但步骤多、流程长，厚度均匀性不易控制，层压复合过程中玻璃易出现破裂，而且层压过程很容易产生爆边、气泡、针孔和斑点等缺陷，从而会影响粘结强度、透光性和颜色一致性，这些都会导致成品率大大降低；此外，高质量的粘结胶片通常是国外禁止出口的战略物质，国内企业通过正常渠道难以买到，而且成本高；再者，上述这些技术，通常只能制作平面结构的电磁屏蔽玻璃，难以制作具有三维曲面结构的电磁屏蔽玻璃。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电磁屏蔽玻璃及其制备方法，其首先利用激光微增材制造技术在玻璃表面制作出导电屏蔽图案(或薄膜层)，再利用激光焊接技术将其与另外的玻璃焊接在一起得到电磁屏蔽玻璃，具有步骤简单、节约原材料、透光率高、屏蔽效能高等优点，适用于制备电磁屏蔽环境中所需的电磁屏蔽玻璃。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种电磁屏蔽玻璃制备方法，其包括如下步骤：

S1利用激光微增材制造技术在玻璃表面制作出导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜；

S2利用激光焊接技术将上述带有导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜的玻璃，与另外有或无导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜的玻璃焊接在一起，以此得到所需的电磁屏蔽玻璃。

作为进一步优选的，所述步骤S1中的玻璃为有机透明材料或无机透明材料；所述导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜由导电金属材料、导电合金材料或其它导电材料制成，厚度优选为50nm-100μm。

作为进一步优选的，所述步骤S1中的玻璃为平面或三维曲面。

作为进一步优选的，所述步骤S1中的激光微增材制造技术为激光微熔覆技术、激光诱导等离子体沉积技术或激光诱导前置转移技术。

作为进一步优选的，所述激光微熔覆技术所用激光参数为：优选连续光纤激光，波长为1064nm，激光功率为0.1W-1000W，激光扫描速率为0.01mm-100mm/s，激光光斑直径为5μm-10mm，激光扫描间距为0.01μm-15mm。

作为进一步优选的，所述激光诱导等离子体沉积技术所用激光参数为：激光功率为0.1W-1000W，激光扫描速率为0.01mm-5000mm/s，激光光斑直径为1μm-10mm，激光扫描间距为0.01μm-15mm。

作为进一步优选的，所述激光诱导前置转移技术所用激光参数为：激光功率为0.1W-1000W，激光扫描速率为0.01mm-5000mm/s，激光光斑直径为1μm-10mm，激光扫描间距为0.01μm-15mm。

作为进一步优选的，所述步骤S2中的激光焊接技术在环境气体中实现以使焊接后的导电屏蔽图案或薄膜处于环境气体中，或者激光焊接技术在真空中实现以使焊接后的导电屏蔽图案或薄膜处于真空中。

作为进一步优选的，所述步骤S2中的激光焊接参数为：激光脉冲宽度优选为皮秒或纳秒级别，激光功率为0.1W-1000W，激光扫描速率为0.01mm-5000mm/s，激光光斑直径为1μm-10mm，激光扫描间距为0.01μm-15mm。

按照本发明的另一方面，提供了一种电磁屏蔽玻璃，其采用所述的方法制备，该电磁屏蔽玻璃包括两玻璃，定义为第一玻璃和第二玻璃，其中第一玻璃面向第二玻璃的一面上成形有导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜，第二玻璃面向第一玻璃的一面上无或有导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明利用激光微增材制造技术结合激光焊接技术制作电磁屏蔽玻璃，可以节约细金属丝网和粘结PVB胶片等原材料，且可以省去传统制作技术中粘结胶片对细金属丝网和玻璃的层压步骤，还可以降低层压工艺操作不当时，产生的爆边、气泡、针孔等缺陷，提高了屏蔽效能、强度、透光率和成品率。

2.本发明利用激光微增材制造技术在玻璃表面制作的金属丝(或薄膜)有利于提高玻璃的强度，防止玻璃破裂，增加了安全性；本发明无需真空沉积设备，步骤简单，且具备制作三维电磁屏蔽玻璃的能力，不仅可制备二维平面玻璃，还可制备各种形状的三维曲面玻璃，适用性更强。

3.本发明还研究设计了专用于制备导电屏蔽图案(或薄膜)的制备工艺及涉及的具体工艺参数，其中，以连续光纤激光、1064nm波长、0.1W-1000W激光功率、0.01mm-100mm/s激光扫描速率、5μm-10mm激光光斑直径和0.01μm-15mm激光扫描间距的激光微熔覆成形工艺实现电屏蔽图案(或薄膜)的制备；以0.1W-1000W激光功率、0.01mm-5000mm/s激光扫描速率、1μm-10mm激光光斑直径、0.01μm-15mm激光扫描间距的激光诱导等离子体沉积工艺实现电屏蔽图案(或薄膜)的制备；以0.1W-1000W激光功率、0.01mm-5000mm/s激光扫描速率、1μm-10mm激光光斑直径、0.01μm-15mm激光扫描间距的激光诱导前置转移工艺实现电屏蔽图案(或薄膜)的制备；上述三个制备工艺可以制备出任意形状及所需厚度的电屏蔽图案(或薄膜)，且不仅不会破坏玻璃基底，还能使电屏蔽图案(或薄膜)与玻璃基底具有较高的结合强度。

4.此外，本发明还对两玻璃的焊接工艺进行了研究与设计，具体采用皮秒或纳秒级别激光脉冲宽度、0.1W-1000W激光功率、0.01mm-5000mm/s激光扫描速率、1μm-10mm激光光斑直径、0.01μm-15mm激光扫描间距的激光焊接工艺实现玻璃的焊接，可使得两玻璃能可靠有效的焊接在一起。

附图说明

图1是激光微熔覆专用设备图；

图2是激光诱导等离子体沉积技术示意图；

图3是激光诱导前置转移技术示意图；

图4是本发明制作平面电磁屏蔽玻璃的过程示意图；

图5是本发明制作曲面电磁屏蔽玻璃的过程示意图。

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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例提供了一种电磁屏蔽玻璃制备方法，其包括如下步骤：

S1制备导电屏蔽图案(或薄膜)

利用激光微增材制造技术在玻璃表面制作出导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜，玻璃既可以是有机透明材料，也可以是各种无机透明材料，玻璃的尺寸不作限定，玻璃既可以是平面的，也可以是三维曲面的，制作的导电屏蔽图案(或薄膜)的尺寸不作限定，可根据实际需要确定，导电屏蔽图案(或薄膜)由导电金属材料、导电合金材料或其它导电材料(如ITO导电材料、FTO导电材料)制成，厚度优选为50nm-100μm，由此使得导电材料具有其本体材料的导电性，且导电材料内部应力适当，不易变形开裂，便于下一步焊接的实现。

具体的，激光微增材制造技术是激光增材制造技术的一种。激光增材制造技术(又称三维(3D)打印技术)是以离散/叠加为基本思想，先将零件模型分成一系列的薄片，再利用二维制造工艺依次制作这些薄片，并逐层叠加进而成为最终的三维零件。这是一种数字化智能制造技术，它采用全新的“增材”加工技术，彻底突破了传统的蚀刻、光刻等减材加工技术的限制，因而具有无需掩膜、节约原材料、制造周期短、便于制造三维－多层复杂结构零部件等诸多优势，已被广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗医学、电子电器产品等众多领域。通常所说的激光增材制造技术是以激光三维打印制造同质金属零部件或同质塑料件等为主。

一般来说，电子电器产品的体积通常都比较小，集成度高，最小线/间距分辨率通常在微纳级别，当利用激光增材制造技术制作这种具有特定功能的三维－异质多层电子电器产品时，这种增材制造技术通常又被称为“激光微增材制造技术”。该技术可以完全克服现有电子电器产品制造过程中的真空溅射技术、丝网印刷技术、光刻-掩模-腐蚀技术等的缺点和不足(如需掩模板，仅能实现2D平面制造，腐蚀过程污染环境等)，可轻松实现三维加工制造。因此，本发明优选采用激光微增材制造技术在玻璃表面制备导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜，具体采用激光微熔覆技术、激光诱导等离子体沉积技术或激光诱导前置转移技术，以在玻璃表面制备所需的导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜。

其中，对于激光微熔覆技术而言，其是以流体状的功能材料或者其前驱体作为熔覆加成材料，通过激光微熔覆专用设备(如图1所示)，借助于CAD/CAM软件，采用“所见即所得”的方式，经过连续激光辐照，使熔覆材料内部、熔覆材料与基片(例如玻璃)界面发生物理、化学作用，从而实现在基片表面加成材料，获得所需要的功能元器件或机械零部件的技术，具有制备功能强大、制备材料范围广、具有多层和三维增材制备能力等优点。

本发明利用上述激光微熔覆技术可在玻璃表面制备出所需的导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜，其中，激光微熔覆技术所用激光参数为：优选连续光纤激光，波长为1064nm，激光功率为0.1W-1000W，激光扫描速率为0.01mm-100mm/s，激光光斑直径为5μm-10mm，激光扫描间距为0.01μm-15mm，由此可以方便地在平面或三维玻璃基片表面制备出厚度在5μm-100μm的金属铜、银或金等导电层或导电图案，以便起到电磁屏蔽的效果，这些导电金属之间或导电金属与玻璃之间易于焊接，形成的电磁屏蔽玻璃强度高，电磁屏蔽性能好。

对于激光诱导等离子体沉积技术而言，其是利用数字化控制的激光束，按照事先设计好的图案路径，透过透明基片(例如玻璃)，与靶材产生相互作用，靶材所产生的等离子体在基片背面发生沉积(如图2所示)。这也是一种增材式的激光沉积技术，它大大地提升了原料的利用率，可在常温常压下进行多种材料的沉积，凭借其特殊的性能克服了许多传统工艺无法解决的问题。利用这种方法可以进行金属、金属氧化物、高分子材料、功能材料等多种材料的沉积转移，可以实现微结构制作、无裂纹印刷、绘制图画、颜色标记、微电子器件制作等，具有广阔的工业应用前景。

本发明利用上述激光诱导等离子体沉积技术可在玻璃表面上沉积所需的导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜，其中，激光诱导等离子体沉积技术所用激光参数为：激光波长不作限制，激光脉冲宽度不作限制，激光功率为0.1W-1000W，激光扫描速率为0.01mm-5000mm/s，激光光斑直径为1μm-10mm，激光扫描间距为0.01μm-15mm，由此可以方便地在平面玻璃基片表面制备出50nm-5μm的金属铜、镍、金、铝、镍等的导电层和导电图案，以便起到电磁屏蔽的效果，这些导电金属之间或导电金属与玻璃之间易于焊接，形成的电磁屏蔽玻璃强度高，电磁屏蔽性能好。

对于激光诱导前置转移技术而言，其首先将需要沉积的物质如金属、金属氧化物等，均匀涂覆在一个透明的辅助衬底材料上形成源材料薄膜，然后将需要沉积图案的接收基片(例如玻璃)与上述辅助衬底压在一起或者保持一个非常小的间距，接下来，数字化控制的激光束，按照事先设计好的图案路径，透过透明的辅助衬底材料，作用在涂有薄膜的一面，激光束瞬时的高能量使薄膜源材料转移到接收基片表面(如图3所示)，这也是一种增材式的激光沉积工艺。

本发明利用上述激光诱导前置转移技术可在玻璃表面制作所需的导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜，其中，激光诱导前置转移技术所用激光参数为：激光波长不作限制，激光脉冲宽度优选为皮秒或纳秒级别，激光功率为0.1W-1000W，激光扫描速率为0.01mm-5000mm/s，激光光斑直径为1μm-10mm，激光扫描间距为0.01μm-15mm，由此可以方便地在平面玻璃基片表面制备出50nm-1μm的金属铜、镍、金、铝、镍等的导电层和导电图案，以便起到电磁屏蔽的效果，这些导电金属之间或导电金属与玻璃之间易于焊接，形成的电磁屏蔽玻璃强度高，电磁屏蔽性能好。

S2焊接两玻璃获得电磁屏蔽玻璃

利用激光焊接技术将上述带有导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜的玻璃，与另外有或无导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜的玻璃焊接在一起，以此得到所需的电磁屏蔽玻璃。

其中，激光焊接技术是指以激光为光源，可以将材料焊接在一起的技术，激光焊接技术既可以在环境气体中实现，这样焊接后的导电屏蔽图案(或薄膜)将处于环境气体中；也可以在真空中实现，这样焊接后的导电屏蔽图案(或薄膜)将处于真空中。具体的，激光焊接参数为：激光波长不作限制，激光脉冲宽度不作限制，优选为皮秒或纳秒级别，激光功率为0.1W-1000W，激光扫描速率为0.01mm-5000mm/s，激光光斑直径为1μm-10mm，激光扫描间距为0.01μm-15mm，由此可以方便地实现金属与金属之间、金属与玻璃之间、或玻璃与玻璃之间的牢固焊接，形成电磁屏蔽玻璃，以取代原有电磁频率玻璃制作技术中用胶片粘接玻璃与金属丝网、玻璃与玻璃、或金属丝网与金属丝网的工艺，大大提高生产效率，降低废品率，还可以实现三维电磁屏蔽玻璃的制作。

以下为本发明的实施例：

实施例1

(1)利用激光微熔覆技术在平面钢化玻璃的表面制作出金属银导电屏蔽图案，所用激光为输出波长为1064nm的光纤激光，为连续激光，激光功率为5W，激光扫描速率为4mm/s，激光光斑直径为30μm，激光扫描间距为30μm，所制备的银导电图案的厚度为5μm；

(2)利用激光焊接技术，在空气中，将上述带有导电屏蔽图案的钢化玻璃，与另外无屏蔽图案的钢化玻璃焊接在一起，即可得到强度高、透光率高、屏蔽效能高的电磁屏蔽玻璃(如图4所示)，所用激光波长为1064nm，脉冲宽度为20皮秒，激光功率为50W，激光扫描速率为100mm/s，激光光斑直径为30μm，激光扫描间距为40μm。

实施例2

(1)利用激光诱导等离子沉积技术，在平面浮法玻璃的表面制作出金属铜导电屏蔽薄膜，激光参数为：激光波长为355nm，激光脉冲宽度为30ns，激光功率为8W，激光扫描速率为150mm/s，激光光斑直径为15μm，激光扫描间距为10μm，所制备的铜导电玻璃的厚度为50nm；

(2)利用激光焊接技术，在真空状态下，将上述带有导电屏蔽薄膜的浮法玻璃，与另外表面有屏蔽薄膜的浮法玻璃焊接在一起，即可得到强度高、透光率高、屏蔽效能高的电磁屏蔽玻璃，所用激光波长为808nm，脉冲宽度为450飞秒，激光功率为10W，激光扫描速率为700mm/s，激光光斑直径为25μm，激光扫描间距为30μm。

实施例3

(1)利用激光诱导前置转移技术，在平面有机玻璃的表面制作出金属铝导电屏蔽薄膜，激光波长为532nm，激光脉冲宽度为26ns，激光功率为35W，激光扫描速率为400mm/s，激光光斑直径为20μm，激光扫描间距为25μm，所制备的铝导电薄膜的厚度为500nm；

(2)利用激光焊接技术，在空气中，将上述带有导电屏蔽薄膜的有机玻璃，与另外表面无屏蔽薄膜的有机玻璃焊接在一起，即可得到强度高、透光率高、屏蔽效能高的电磁屏蔽玻璃，所用激光波长为900nm，激光脉冲宽度为120飞秒，激光功率为10W，激光扫描速率为50mm/s，激光光斑直径为10μm，激光扫描间距为15μm。

实施例4

(1)利用激光微熔覆技术，在半球形有机玻璃的表面制作出银钯合金导电屏蔽图案，所用激光参数为：连续光纤激光，波长为1064nm，激光功率为100W，激光扫描速率为10mm/s，激光光斑直径为35μm，激光扫描间距为40μm，所制备的银钯合金导电图案的厚度为100μm；

(2)利用光纤激光焊接技术，在空气中，将上述带有导电屏蔽图案的有机玻璃，与另外无屏蔽图案的半球形有机玻璃焊接在一起，即可得到强度高、透光率高、屏蔽效能高的曲面电磁屏蔽玻璃(如图5所示)。所用激光波长为355nm，脉冲宽度为150皮秒，激光功率为50W，激光扫描速率为4000mm/s，激光光斑直径为15μm，激光扫描间距为20μm。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电磁屏蔽玻璃制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1利用激光微增材制造技术在玻璃表面制作出导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜；

S2利用激光焊接技术将上述带有导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜的玻璃，与另外有或无导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜的玻璃焊接在一起，以此得到所需的电磁屏蔽玻璃。

2.如权利要求1所述的电磁屏蔽玻璃制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的玻璃为有机透明材料或无机透明材料；所述导电屏蔽图案或导电屏蔽薄膜由导电金属材料、导电合金材料或其它导电材料制成，厚度优选为50nm-100μm。

3.如权利要求1所述的电磁屏蔽玻璃制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的玻璃为平面或三维曲面。

4.如权利要求1所述的电磁屏蔽玻璃制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的激光微增材制造技术为激光微熔覆技术、激光诱导等离子体沉积技术或激光诱导前置转移技术。

5.如权利要求4所述的电磁屏蔽玻璃制备方法，其特征在于，所述激光微熔覆技术所用激光参数为：优选连续光纤激光，波长为1064nm，激光功率为0.1W-1000W，激光扫描速率为0.01mm-100mm/s，激光光斑直径为5μm-10mm，激光扫描间距为0.01μm-15mm。

6.如权利要求4所述的电磁屏蔽玻璃制备方法，其特征在于，所述激光诱导等离子体沉积技术所用激光参数为：激光功率为0.1W-1000W，激光扫描速率为0.01mm-5000mm/s，激光光斑直径为1μm-10mm，激光扫描间距为0.01μm-15mm。

7.如权利要求4所述的电磁屏蔽玻璃制备方法，其特征在于，所述激光诱导前置转移技术所用激光参数为：激光功率为0.1W-1000W，激光扫描速率为0.01mm-5000mm/s，激光光斑直径为1μm-10mm，激光扫描间距为0.01μm-15mm。

8.如权利要求1所述的电磁屏蔽玻璃制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的激光焊接技术在环境气体中实现以使焊接后的导电屏蔽图案或薄膜处于环境气体中，或者激光焊接技术在真空中实现以使焊接后的导电屏蔽图案或薄膜处于真空中。

9.如权利要求1所述的电磁屏蔽玻璃制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的激光焊接参数为：激光脉冲宽度优选为皮秒或纳秒级别，激光功率为0.1W-1000W，激光扫描速率为0.01mm-5000mm/s，激光光斑直径为1μm-10mm，激光扫描间距为0.01μm-15mm。

10.一种电磁屏蔽玻璃，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的方法制备。