CN113437504B - 基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法及透明天线 - Google Patents

基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法及透明天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法及透明天线，该方法包括S1.低可视透明天线结构的设计；S2.将低可视透明天线结构图形出到菲林片上制作菲林掩膜版；S3.对透明导电膜和感光干膜进行预定尺寸的裁切以及前处理；S4.透明导电膜表面贴上感光干膜，将贴好感光干膜的导电薄膜曝光；S5.显影露出透明天线的结构图案；S6.通过刻蚀液刻蚀出透明天线的形状；S7.去除透明导电膜表面的感光干膜并清洗烘干，得到所需透明导电膜；S8.将得到的透明导电膜贴在透明板材上；S9.对透明板材进行裁切，得到所需透明天线，S10.将透明天线接上射频接头或射频线缆。本发明具有较高的加工精度，可拓展至大面积制备，制作出的天线外观不易被察觉，具备低可视特征。

Description

基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法及透明天线
技术领域
本发明涉及透明天线技术领域，特别是涉及一种基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法及透明天线。
背景技术
天线作为一种能够发射和接收电磁波的部件，在无线通信系统中的具有重要的作用，近些年来，随着无线通信技术的不断发展，人们对无线通信技术的要求也不断提高，因此，天线越来越引起人们的关注，关于天线的研究也在不断深入，在一些特种汽车或者轮船上，庞大的天线在视觉上不仅影响美观，而且在实际环境中也不利于安全和隐蔽，由于透明导电薄膜具有光透明特性及导电性，因此可以用它来设计透明天线，达到天线视觉美观、安全可靠及隐蔽性好的效果。然而，透明天线从设计出来到实际的使用中间还要有一个加工制造的过程，目前市场上制备透明天线的过程为在透明导电薄膜天线图案区域印刷抗蚀油墨，再经蚀刻液蚀刻以及后续的处理完成天线的加工。
但是，申请人发现这些技术存在许多问题。上述方案虽然能达到满足天线使用性能的要求，但整个操作过程耗时长、成本高，产生废液污染环境而且产生有毒气体对操作人员的健康造成危害，加工线条宽度约200μm，难以达到隐蔽性好的效果。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法及透明天线。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法，按照如下步骤进行透明天线的制备：
S1.低可视透明天线结构的设计；
S2.绘制低可视透明天线结构图形，将低可视透明天线结构图形出到菲林片上制作菲林掩膜版；
S3.对透明导电膜和感光干膜进行预定尺寸的裁切以及前处理；
S4.透明导电膜表面贴上感光干膜，将贴好感光干膜的导电薄膜曝光；
S5.显影露出透明天线的结构图案；
S6.通过刻蚀液刻蚀出透明天线的形状；
S7.去除透明导电膜表面的感光干膜并清洗烘干，得到所需透明导电膜；
S8.将得到的透明导电膜贴在透明板材上；
S9.对透明板材进行裁切，得到所需透明天线；
S10.将透明天线接上射频接头或射频线缆。
进一步地，所述步骤S2中绘制低可视透明天线图形结构的最细线条宽度不超过10μm。
进一步地，所述步骤S3中透明导电膜为透明ITO薄膜、透明石墨烯薄膜、透明金属网格薄膜、透明银纳米线薄膜中的一种。
进一步地，所述步骤S4中采用热压粘合的方式在透明导电薄膜表面贴感光干膜，热压粘合的条件为，热压辊温度为80-110℃，压合时压力3-5kg/cm2。
进一步地，所述步骤S4中曝光使用的光源为紫外光，波长范围为365-420nm。
进一步地，所述步骤S5中采用碳酸钠溶液对感光干膜进行显影，碳酸钠的质量分数为0.8-1.2％，所述步骤S5中显影液温度为32-35℃。
进一步地，所述步骤S6中采用刻蚀溶液对透明导电膜进行刻蚀，刻蚀溶液根据透明导电薄膜的导电材质进行选型。
进一步地，所述步骤S7中用氢氧化钠溶液对感光干膜进行去膜，所述氢氧化钠溶液的质量分数为2-5％，所述氢氧化钠溶液温度为50-55℃。
进一步地，所述步骤S3-S8在黄光区下完成。
进一步地，所述步骤S10中的射频接头或线缆与透明天线的连接方式可选压接、胶接、低温焊接等方式。
采用如上所述的方法制备得到的透明天线。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明公开了，采用透明基板材料及透明导电薄膜来制作透明天线，整个工艺流程操作简单、需要设备少、能耗低、所需原材料易得、制作周期短、加工成本低；整个工艺流程不会产生对人体有害的有毒气体，是一种环境友好型的加工制造工艺；制作出来的透明天线质量优良、性能好、且线条精度高、加工面积大，能够达到视觉美观以及隐蔽性好的效果，使得制作出来的天线能够满足特种汽车、轮船以及需要隐蔽场景的需求，并能应用于其他无线通信、导航、雷达探测等前沿领域。
附图说明
图1为本发明的一种基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法的技术线路图；
图2为本发明实施例中给出的一种透明天线结构示意图；
图3为实施例1用到的一种透明导电膜的模型放大示意图；
图4为本发明贴感光干膜过程模型示意图；
图5为本发明中曝光过程模型示意图；
图6为实施例1得到的所需透明天线模型表面放大示意图；
图7为实施例2用到的一种透明导电膜的模型放大示意图；
图8为实施例2得到的所需透明天线模型表面放大示意图。
具体实施方式
如图1为本发明的一种基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法的技术线路图，为使本发明的技术方案以及优点更加清楚明了，下面将结合本发明的附图以及具体的实施例，对本发明的技术方案进行清晰、完整地描述，使得本领域的技术人员不必再付出创造性劳动就能实现该发明，需要说明，附图采用简化的形式仅仅用于方便、清楚地说明本发明实施例的目的。附图展示的结构不是实际结构的全部而只是实际结构的部分。很明显，所列举的实施例是本发明中的一部分实施例，而不是全部的实施例。应理解，基于本发明中的实施例，本领域所属的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有的实施例，都在本发明的保护范围之内。
以下列举的部分实施例仅仅是为了更好地对本发明进行说明，但本发明的内容并不局限在应用于所举的实施例中。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整而应用于其他实施例中，仍在本发明的保护范围之内。
需要注意，下列实施例中没有标明具体条件的实验方法，应按照常规或生产厂商所建议的条件进行。
实施例1
本实施例提供一种基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法，基本步骤如下:
S1.低可视透明天线结构的设计；
S2.绘制低可视透明天线结构图形，将低可视透明天线结构图形出到菲林片上制作菲林掩膜版；
S3.对透明导电膜和感光干膜进行预定尺寸的裁切以及前处理；
S4.透明导电膜表面贴上感光干膜，将贴好感光干膜的导电薄膜曝光；
S5.显影露出透明天线的结构图案；
S6.通过刻蚀液刻蚀出透明天线的形状；
S7.去除透明导电膜表面的感光干膜并清洗烘干，得到所需透明导电膜；
S8.将得到的透明导电膜贴在透明板材上；
S9.对透明板材进行裁切，得到所需透明天线；
S10.将透明天线接上射频接头或射频线缆。
其中步骤S3-S8要在黄光区下完成。
在步骤S1中，每一种透明天线应当根据实际的使用环境及参数要求来设计。
在步骤S2中，菲林片所得到的透明天线结构示意图如图2所示，图形线条宽度为10μm，应当说明，10μm线条实际非常细，本图使用较宽的线只用于使图形直观便于理解，天线模型本身不具有实际功能只作为一个简单的例子说明该发明内容，菲林掩膜版的制作可交给专业出菲林厂家完成。
在步骤S3中，如图3为本实施例选用的一种透明导电膜表面放大图，其中黑色的方格为铜丝，铜丝宽度约20μm、厚度约15μm、膜厚约165μm，步骤S3中对透明导电膜和感光干膜裁切时应注意尺寸，做到每边长度大于透明天线图形每边长度2-4cm，然后对透明导电膜和感光干膜表面以及边沿进行毛刺处理，去除透明导电膜和感光干膜表面杂质，处理过程中使用无尘布擦拭即可，必要时可用无水乙醇擦拭。
在步骤S4中，采用热压粘合的方式将感光干膜贴到透明导电膜上，贴膜过程如图4所示，热压粘合的条件为，热压辊温度为80-110℃，压合时压力3-5kg/cm2。本实施例贴膜时热压辊设置温度为100℃、压力为3kg/cm2，选用的感光干膜型号为HP-3806，有三层结构，分别为PE层、光刻胶层、PET层，贴膜前撕掉PE层，贴膜过程中先启动覆膜机开启覆膜状态，撕掉透明导电膜表面有铜丝层的保护膜，然后将撕掉PE层的感光干膜放到透明导电膜上送进热压辊(编号1、2部分)，双手拉住感光干膜后端(编号3部分)让其平稳进入热压辊，其中感光干膜前端要置于透明导电膜(编号4部分)前端后约0.5-1cm防止透明导电膜和感光干膜卷进热压辊，同时要保证覆膜机的双辊表面干净、无细微颗粒等杂质，贴好的感光干膜表面应当无气泡，然后静置1小时。
在步骤S4中，如图5为本实施例中曝光过程模型示意图，将贴好感光干膜(编号6)的透明导电膜(编号7)置于曝光区的平面上，然后盖上制作好的菲林掩膜版(编号5)并压平，使菲林掩膜版与感光干膜充分接触，压板方式多样，本实施例采用纸胶带将菲林掩膜版固定于曝光区平面上，然后打开曝光机进行曝光，曝光过程中光应垂直打到菲林掩膜版上，所用光源波长为420nm，光照度为26.4uw/cm2，曝光时间为25s，使用不同的曝光机时应根据实际光源参数进行调整，曝光完成后关闭曝光机。
在步骤S5中，用无水碳酸钠粉末和水配成质量比1:100的碳酸钠溶液将步骤S4中曝光后的图案显示出来，显影温度为28-32℃，本实施例显影槽温度设置32℃。撕掉曝光后留在感光干膜上的PET膜，先用毛刷将显影槽底部沉淀摇匀，然后将贴有感光干膜的透明导电膜丢入显影槽中，显影时有图案的面朝上并摇摆显影槽，显影时间为15s。
在步骤S6中，本实施例选用固体Fecl3和水配成质量比2:1的Fecl3溶液，带有感光干膜的透明导电膜显影好之后用清水冲洗干净，然后丢入刻蚀槽，刻蚀时有图案的面朝上，室温即可，刻蚀时间为4.5min，刻蚀过程中要摇摆透明导电膜，刻蚀完成后不再使用时要盖上刻蚀槽，防止刻蚀液挥发腐蚀室内其他金属制品。
在步骤S7中，用固体氢氧化钠和水配成质量比1:20的氢氧化钠溶液将步骤S6中的感光干膜去掉，去膜温度50-55℃，本实施例中去膜槽温度设置53℃。刻蚀后的透明导电膜拿出来用清水冲洗干净，检查是否已刻蚀好，如没刻蚀好则继续刻蚀，刻蚀好后就丢入去膜槽(有图案的面朝上)并摇摆透明导电膜，直至感光干膜全部去掉，拿出透明导电膜冲洗干净，然后烘干。
在步骤S8中，本实施例选用的透明板材为亚克力板，厚度为2mm，贴膜过程采用冷裱即可，撕掉透明导电膜不含铜丝层表面的保护膜，同步骤S4将透明导电膜贴到亚克力板上。
在步骤S9中，使用激光切割机对步骤S8得到的透明天线进行切割，得到所需的透明天线，最终图形线条宽度约30μm，图6为得到的透明天线模型表面放大示意图，能够实现消影效果，具有良好的隐蔽性。
在步骤S10中，本实施例采用胶接的方式将射频接头和透明天线连接起来，先用银浆将射频接头和透明天连接保证导电性良好，待银浆干后，用结构胶使连接处固定成型。
实施例2
本实施例提供一种基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法，基本步骤如下:
S1.低可视透明天线结构的设计；
S2.将低可视透明天线结构图形出到菲林片上制作菲林掩膜版；
S3.对透明导电膜和感光干膜进行预定尺寸的裁切以及前处理；
S4.透明导电膜表面贴上感光干膜，将贴好感光干膜的导电薄膜曝光；
S5.显影露出透明天线的结构图案；
S6.通过刻蚀液刻蚀出透明天线的形状；
S7.去除透明导电膜表面的感光干膜并清洗烘干，得到所需透明导电膜；
S8.将得到的透明导电膜贴在透明板材上；
S9.对透明板材进行裁切，得到所需透明天线；
S10.将透明天线接上射频接头或射频线缆。
其中步骤S3-S8要在黄光区下完成。
在步骤S1中，每一种透明天线应当根据实际的使用环境及参数要求来设计。
在步骤S2中，菲林片所得到的透明天线结构示意图如图2所示，图形线条宽度为10μm，应当说明，10μm线条实际非常细，本图使用较宽的线只用于使图形直观便于理解，天线模型本身不具有实际功能只作为一个简单的例子说明该发明内容，菲林掩膜版的制作可交给专业出菲林厂家完成。
在步骤S3中，如图7为本实施例选用的一种透明导电膜表面放大图，其中黑色的方格为铜丝，铜丝宽度约5μm、厚度约5μm、膜厚约130μm，步骤S3中对透明导电膜和感光干膜裁切时应注意尺寸，做到每边长度大于透明天线图形每边长度2-4cm，然后对透明导电膜和感光干膜表面以及边沿进行毛刺处理，去除透明导电膜和感光干膜表面杂质，处理过程中使用无尘布擦拭即可，必要时可用无水乙醇擦拭。
在步骤S4中，采用热压粘合的方式将感光干膜贴到透明导电膜上，贴膜过程如图4所示，热压粘合的条件为，热压辊温度为80-110℃，压合时压力3-5kg/cm2。本实施例贴膜时热压辊设置温度为100℃、压力为3kg/cm2，选用的感光干膜型号为HP-3806，有三层结构，分别为PE层、光刻胶层、PET层，贴膜前撕掉PE层，贴膜过程中先启动覆膜机开启覆膜状态，撕掉透明导电膜表面有铜丝层的保护膜，然后将撕掉PE层的感光干膜放到透明导电膜上送进热压辊(编号1、2部分)，双手拉住感光干膜后端(编号3部分)让其平稳进入热压辊，其中感光干膜前端要置于透明导电膜(编号4部分)前端后约0.5-1cm防止透明导电膜和感光干膜卷进热压辊，同时要保证覆膜机的双辊表面干净、无细微颗粒等杂质，贴好的感光干膜表面应当无气泡，然后静置1小时。
在步骤S4中，如图5为本实施例中曝光过程模型示意图，将贴好感光干膜(编号6)的透明导电膜(编号7)置于曝光区的平面上，然后盖上制作好的菲林掩膜版(编号5)并压平，使菲林掩膜版与感光干膜充分接触，压板方式多样，本实施例采用纸胶带将菲林掩膜版固定于曝光区平面上，然后打开曝光机进行曝光，曝光过程中光应垂直打到菲林掩膜版上，所用光源波长为420nm，光照度为26.4uw/cm2，曝光时间为25s，使用不同的曝光机时应根据实际光源参数进行调整，曝光完成后关闭曝光机。
在步骤S5中，用无水碳酸钠粉末和水配成质量比1:100的碳酸钠溶液将步骤S4中曝光后的图案显示出来，显影温度为28-32℃，本实施例显影槽温度设置32℃。撕掉曝光后留在感光干膜上的PET膜，先用毛刷将显影槽底部沉淀摇匀，然后将贴有感光干膜的透明导电膜丢入显影槽中，显影时有图案的面朝上并摇摆显影槽，显影时间为10s。
在步骤S6中，本实施例选用固体Fecl3和水配成质量比2:1的Fecl3溶液，带有感光干膜的透明导电膜显影好之后用清水冲洗干净，然后丢入刻蚀槽，刻蚀时有图案的面朝上，室温即可，刻蚀时间为5s，刻蚀完成后不再使用时要盖上刻蚀槽，防止刻蚀液挥发腐蚀室内其他金属制品。
在步骤S7中，用固体氢氧化钠和水配成质量比1:20的氢氧化钠溶液将步骤S6中的感光干膜去掉，去膜温度50-55℃，本实施例中去膜槽温度设置53℃。刻蚀后的透明导电膜拿出来用清水冲洗干净，检查是否已刻蚀好，如没刻蚀好则继续刻蚀，刻蚀好后就丢入去膜槽(有图案的面朝上)并摇摆透明导电膜，直至感光干膜全部去掉，拿出透明导电膜冲洗干净，然后烘干。
在步骤S8中，本实施例选用的透明板材为亚克力板，厚度为2mm，贴膜过程采用冷裱即可，撕掉透明导电膜不含铜丝层表面的保护膜，同步骤S4将透明导电膜贴到亚克力板上。
在步骤S9中，使用激光切割机对步骤S8得到的透明天线进行切割，得到所需的透明天线，最终图形线条宽度约20μm，图8为得到的透明天线模型表面放大示意图，能够实现消影效果，具有良好的隐蔽性。
在步骤S10中，本实施例采用胶接的方式将射频接头和透明天线连接起来，先用银浆将射频接头和透明天连接保证导电性良好，待银浆干后，用结构胶使连接处固定成型。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，得到的透明天线效果虽然很好但没达到最好，以上实施例可以看出，选用不同的材料在制作过程中会导致工艺参数和最终结果有所不同，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，通过改进工艺的相关参数以及选用不同的材料还可将透明天线的效果做到更好，或者将本发明用于其他器件的制作，这些均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行透明天线的制备：
S1.低可视透明天线结构的设计；
S2.绘制低可视透明天线结构图形，将低可视透明天线结构图形出到菲林片上制作菲林掩膜版；
S3.对透明导电膜和感光干膜进行预定尺寸的裁切以及前处理；
S4.透明导电膜表面贴上感光干膜，将贴好感光干膜的导电薄膜曝光；贴好感光干膜的透明导电膜置于曝光区的平面上，然后盖上制作好的菲林掩膜版并压平，使菲林掩膜版与感光干膜充分接触，采用纸胶带将菲林掩膜版固定于曝光区平面上，然后打开曝光机进行曝光，曝光过程中光垂直打到菲林掩膜版上；
S5.显影露出透明天线的结构图案；
S6.通过刻蚀液刻蚀出透明天线的形状；
S7.去除透明导电膜表面的感光干膜并清洗烘干，得到所需透明导电膜；
S8.将得到的透明导电膜贴在透明板材上；
S9.对透明板材进行裁切，得到所需透明天线；
S10.将透明天线接上射频接头或射频线缆；
所述步骤S5中采用碳酸钠溶液对感光干膜进行显影，碳酸钠的质量分数为0.8-1.2％，所述步骤S5中显影液温度为32-35℃；
所述步骤S7中用氢氧化钠溶液对感光干膜进行去膜，所述氢氧化钠溶液的质量分数为2-5％，所述氢氧化钠溶液温度为50-55℃；
所述透明导电膜表面贴上感光干膜包括：
采用热压粘合的方式将感光干膜贴到透明导电膜上，热压粘合的条件为，热压辊温度为80-110℃，压合时压力3-5kg/cm2；所述感光干膜具有三层结构，分别为PE层、光刻胶层、PET层将撕掉PE层的感光干膜放到透明导电膜上送进热压辊，拉住感光干膜后端，使其平稳进入热压辊，其中感光干膜前端要置于透明导电膜前端后0.5-1cm以防止透明导电膜和感光干膜卷进热压辊。
2.根据权利要求1所述的基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法，其特征在于，所述步骤S2中绘制低可视透明天线图形结构的最细线条宽度不超过10μm。
3.根据权利要求1所述的基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法，其特征在于，所述步骤S3中透明导电膜为透明ITO薄膜、透明石墨烯薄膜、透明金属网格薄膜、透明银纳米线薄膜中的一种。
4.根据权利要求1所述的基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法，其特征在于，所述步骤S4中曝光使用的光源为紫外光，波长范围为365-420nm。
5.根据权利要求1所述的基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法，其特征在于，所述步骤S6中采用刻蚀溶液对透明导电膜进行刻蚀，刻蚀溶液根据透明导电薄膜的导电材质进行选型。
6.根据权利要求1所述的基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法，其特征在于，所述步骤S3-S8在黄光区下完成。
7.采用如权利要求1～6任一项所述的方法制备得到的透明天线。
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