CN113825377B - 内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，包括如下步骤：a.准备制备原料；b.利用丙酮和丁内酯对正性光刻胶AZ9260进行稀释；c.将得到的稀释后的光刻胶溶液均匀喷涂在柱面棱镜内部得到样件；d.将得到的样件放入恒温烘箱；e.烘烤后对样件进行刻蚀；f.刻蚀后利用ZX‑238显影液对样件进行显影；g.然后将显影后的样件放入超纯水中冲洗，再将样件表面水分吹干；h.吹干样件后将其放置到导电膜镀膜机中镀制金属膜，金属膜材料为铬和银合金；i.再将镀膜后得到的样件放入N‑甲基吡咯烷酮溶液中，恒温超声振荡；j.最后步骤i中得到的样件放置到导电膜镀膜机中镀制电极。解决现有传统的接收窗口电磁屏蔽金属网栅无法在有限制的空间内布设的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽技术领域，特别是一种内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法。
背景技术
为了适应现代日益复杂的电磁环境，提高装备在复杂电磁环境下的生存能力和突防作战能力。在其红外光学系统接收窗口中，必须采取抗电磁干扰措施，确保产品的跟踪和制导精度。在红外光学系统接收窗口制备金属网栅是解决这一问题的有效方法，其原理是在接收窗口上制备一层既能对工作波段的红外辐射高效透过，又能高效屏蔽电磁波的金属网栅，减小外部电磁波对产品中各种元件的影响，也防止内部的红外信息泄露。通过控制金属网栅的线宽、周期和线条厚度，可以得到良好工作波段高效透过和抑制波段高效屏蔽效能。
为了制备简单，传统的接收窗口电磁屏蔽金属网栅制备在暴露于外部环境的凸起表面，制备过程的喷胶、刻蚀工艺不受空间限制。而面对强日照、雨蚀、砂蚀、高低温和复杂的电磁对抗等极端环境时，会引起窗口凸起外表面膜层和网栅的化学变性、断裂或脱落，致使接收窗口透过率降低、自发辐射及电磁干扰严重，降低窗口性能等。此时红外光学系统要实现跟踪和精确制导将非常困难，甚至还会造成目标的偏离、丢失。
本发明涉及了一种内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，通过改造喷胶头、激光直写探头和工装夹具等研究内凹面限制空间的均匀喷胶、均匀制备金属网栅工艺；研究金属膜蒸镀参数对膜层厚度、牢固度、均匀性和光谱特性的影响，获得满足指标要求的金属膜和电极；研究非光刻区域金属膜层难剥离问题，使金属网栅不断裂、不脱落。
实现电磁屏蔽金属网栅的内置，提高装备接收窗口的使用寿命和红外成像跟踪及抗电磁干扰能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，解决现有传统的接收窗口电磁屏蔽金属网栅无法在有限制的空间内布设的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，包括如下步骤：a.准备制备原料，准备的原料包括正性光刻胶AZ9260、丙酮、丁内酯、ZX-238显影液、铬、银合金、N-甲基吡咯烷酮溶液；b.利用丙酮和丁内酯对正性光刻胶AZ9260进行稀释，得到稀释后的光刻胶溶液；c. 将得到的稀释后的光刻胶溶液均匀喷涂在事先准备好的柱面棱镜内部得到样件，喷涂的厚度为5~6µm；d.将步骤c中得到的样件放入恒温烘箱，以104℃-106℃恒温烘烤5-10分钟；e.烘烤后采用激光直写曝光技术对样件进行刻蚀；f. 刻蚀后利用ZX-238显影液对样件进行显影，显影时间50~70秒，显影后得到满足要求的沟槽线条线宽12 µm，周期400 µm；g.然后将显影后的样件放入超纯水中冲洗10~15秒，再用压缩空气将样件表面水分吹干；h.吹干样件后将其放置到导电膜镀膜机中镀制金属膜，金属膜材料为铬和银合金，膜系结构为：基底(铬/银合金/铬)空气；i. 将N-甲基吡咯烷酮溶液水浴加热到60℃，再将镀膜后得到的样件放入N-甲基吡咯烷酮溶液中，恒温超声振荡20±5分钟；j.最后步骤i中得到的样件放置到导电膜镀膜机中镀制电极，镀制后得到成品。
通过研究内凹面限制空间的均匀喷胶、均匀制备金属网栅工艺；研究金属膜蒸镀参数对膜层厚度、牢固度、均匀性和光谱特性的影响，获得了满足指标要求的金属膜和电极，然后再通过研究非光刻区域金属膜层难剥离问题，使金属网栅不断裂、不脱落，用该技术方案在内凹面限制空间进行电磁屏蔽金属网栅制备，制备得到的成品在既能对工作波段的红外辐射高效透过，同时又能高效屏蔽电磁波，而且由于电磁屏蔽金属网栅是设置在凹面限制空间内的，所以不容易受到外界环境的影响。
作为本发明的进一步优选，所述步骤a中需要定量准备的原材料包括正性光刻胶AZ9260、丙酮和丁内酯，正性光刻胶AZ9260、丙酮和丁内酯的质量份数分别为正性光刻胶AZ9260 0.8-1.2份、、丙酮9-11份、丁内酯0.08-0.13份。
这3种原料需要定量使用，至于其他的原材料则根据需求来使用即可，例如将ZX-238显影液倒入料桶中，在显影时使用，显影每次消耗的量是不同的，待显影液用完后，再重新倒入新的显影液即可，而铬、银合金的使用量则是根据镀制金属膜厚度来决定的，例如在本申请中基底（铬/银合金/铬）膜系结构的膜层厚度分别为：30±10nm、1300±200nm、100±10nm，所以需要按镀制厚度需要的量来准备铬、银合金的量即可，N-甲基吡咯烷酮溶液的使用与ZX-238显影液的使用类似，所以这几种原材料不需要定量准备。
作为本发明的进一步优选，所述步骤b中利用丙酮和丁内酯对正性光刻胶AZ9260进行稀释的具体步骤包括：将准备好的正性光刻胶AZ9260、丙酮和丁内酯混合，然后用玻璃棒搅拌后，进行超声振荡使光刻胶、丙酮和丁内酯混合均匀，超声振荡的时间为5-10分钟。
作为本发明的进一步优选，所述步骤c中喷涂用的设备为光刻胶溶液用SSC-150型喷胶机。
作为本发明的进一步优选，所述步骤e中进行刻蚀时所用激光器参数：波长405nm，激光功率100mW。
作为本发明的进一步优选，所述步骤h中镀制金属膜时的蒸镀方式：钨舟热蒸发，镀制参数：真空室真空度3.0x10–3~5.0x10–4Pa，真空室温度80~100℃，工转15转/分、抽真空保温时间40~50分钟，镀制结束冷却时间20~30分钟。
作为本发明的进一步优选，所述步骤h中膜系结构的膜层厚度分别为：30±10nm、1300±200nm、100±10nm。
作为本发明的进一步优选，所述步骤j中镀制电极时的蒸镀方式、镀制参数、电极材料和步骤h中镀制金属膜一样，膜系结构也相同。
作为本发明的进一步优选，所述步骤j 中膜系结构的膜层厚度分别为: 30±10nm、1000±200nm、100±10nm。
作为本发明的进一步优选，所述步骤h镀制金属膜和步骤j镀制电极之前，使用导电膜镀膜机离子源清洁样件表面，离子源能量为435±10 eV，离子源束流为77±10 mA。
与现有技术相比，本发明至少能达到以下有益效果中的一项：
1、通过研究内凹面限制空间的均匀喷胶、均匀制备金属网栅工艺；研究金属膜蒸镀参数对膜层厚度、牢固度、均匀性和光谱特性的影响，获得了满足指标要求的金属膜和电极，然后再通过研究非光刻区域金属膜层难剥离问题，使金属网栅不断裂、不脱落。
2、用该技术方案在内凹面限制空间进行电磁屏蔽金属网栅制备，制备得到的成品在既能对工作波段的红外辐射高效透过，同时又能高效屏蔽电磁波，而且由于电磁屏蔽金属网栅是设置在凹面限制空间内的，所以不容易受到外界环境的影响。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处描述的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
具体实施例1：
一种内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，包括如下步骤：a.准备制备原料，准备的原料包括正性光刻胶AZ9260、丙酮、丁内酯、ZX-238显影液、铬、银合金、N-甲基吡咯烷酮溶液，其中正性光刻胶AZ9260、丙酮和丁内酯的质量份数分别为1份、10份和0.1份；b.利用丙酮和丁内酯对正性光刻胶AZ9260进行稀释，稀释的具体步骤包括：将准备好的正性光刻胶AZ9260、丙酮和丁内酯混合，然后用玻璃棒搅拌3分钟后，进行超声振荡使光刻胶、丙酮和丁内酯混合均匀，超声振荡的时间为5分钟，超声波设备功率为60W，得到稀释后的光刻胶溶液；c. 将得到的稀释后的光刻胶溶液吸入喷胶机中，设置喷胶高度为Z=20mm，x方向喷胶速度100 mm/s，y方向喷胶速度80 mm/s，喷胶不长间距为2 mm，均匀喷涂在柱面棱镜内部得到样件，喷涂两次，喷涂的厚度为5~6µm；d.将步骤c中得到的样件放入恒温烘箱，以105℃恒温烘烤7分钟；e.烘烤后采用激光直写曝光技术对样件进行刻蚀；具体为将步骤d后得到的样件放在激光直写光刻工装台上，打开吸附装置，将样件吸附固定在工装台上，采用波长为405nm，功率为100mW的单模光纤激光器对样件进行光刻，其中x方向刻蚀速度为40 mm/s, y方向刻蚀速度为70 mm/s，倾斜角为65.56°，焦距为2490µm；f. 刻蚀后利用ZX-238显影液对样件进行显影，显影时间60秒，显影后得到满足要求的沟槽线条线宽12 µm，周期400 µm；g.然后将显影后的样件放入超纯水中冲洗15秒，再用压缩空气将样件表面水分吹干；h.吹干样件后将其放置到导电膜镀膜机中镀制金属膜，镀制金属膜时的蒸镀方式：钨舟热蒸发，镀制参数：真空室真空度4.0×10–4Pa，真空室温度80℃，工转15转/分、抽真空保温时间40分钟，镀制结束冷却时间20分钟，金属膜材料为铬和银合金，膜系结构为：基底(铬/银合金/铬)空气；各层厚度分别为30nm-12000nm-30nm ；i. 将N-甲基吡咯烷酮溶液水浴加热到60℃，再将镀膜后得到的样件放入N-甲基吡咯烷酮溶液中，恒温超声振荡20分钟；将步骤f中未曝光区域光刻胶表面金属膜剥离，曝光区域显影后形成的网栅线条，金属膜直接沉积到样件表面，形成金属网栅线条；j.最后步骤i中得到的样件放置到导电膜镀膜机中镀制电极，镀制后得到成品，所述步骤j中镀制电极时的蒸镀方式、镀制参数、电极材料和步骤h中镀制金属膜一样，膜系结构也相同，各层厚度分别为：30nm-1000nm-100nm，在进行步骤h镀制金属膜和步骤j镀制电极之前，使用导电膜镀膜机离子源清洁样件表面，离子源能量为435eV，离子源束流为77mA。
具体实施例2：
一种内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，包括如下步骤：a.准备制备原料，准备的原料包括正性光刻胶AZ9260、丙酮、丁内酯、ZX-238显影液、铬、银合金、N-甲基吡咯烷酮溶液，其中正性光刻胶AZ9260、丙酮和丁内酯的质量份数分别为1份、10份和0.1份；b.利用丙酮和丁内酯对正性光刻胶AZ9260进行稀释，稀释的具体步骤包括：将准备好的正性光刻胶AZ9260、丙酮和丁内酯混合，然后用玻璃棒搅拌3分钟后，进行超声振荡使光刻胶、丙酮和丁内酯混合均匀，超声振荡的时间为5分钟，超声波设备功率为60W，得到稀释后的光刻胶溶液；c. 将得到的稀释后的光刻胶溶液吸入喷胶机中，设置喷胶高度为Z=20mm，x方向喷胶速度100 mm/s，y方向喷胶速度80 mm/s，喷胶不长间距为2 mm，均匀喷涂在柱面棱镜内部得到样件，喷涂两次，喷涂的厚度为5µm；d.将步骤c中得到的样件放入恒温烘箱，以105℃恒温烘烤7分钟；e.烘烤后采用激光直写曝光技术对样件进行刻蚀；具体为将步骤d后得到的样件放在激光直写光刻工装台上，打开吸附装置，将样件吸附固定在工装台上，采用波长为405nm，功率为100mW的单模光纤激光器对样件进行光刻，其中x方向刻蚀速度为40mm/s, y方向刻蚀速度为70 mm/s，倾斜角为65.56°，焦距为2490µm；f. 刻蚀后利用ZX-238显影液对样件进行显影，显影时间60秒，显影后得到满足要求的沟槽线条线宽12 µm，周期400 µm；g.然后将显影后的样件放入超纯水中冲洗15秒，再用压缩空气将样件表面水分吹干；h.吹干样件后将其放置到导电膜镀膜机中镀制金属膜，镀制金属膜时的蒸镀方式：钨舟热蒸发，镀制参数：真空室真空度4.0×10–4Pa，真空室温度80℃，工转15转/分、抽真空保温时间40分钟，镀制结束冷却时间20分钟，金属膜材料为铬和银合金，膜系结构为：基底(铬/银合金/铬)空气；各层厚度分别为30nm-14000nm-30nm ；i. 将N-甲基吡咯烷酮溶液水浴加热到60℃，再将镀膜后得到的样件放入N-甲基吡咯烷酮溶液中，恒温超声振荡20分钟；将步骤f中未曝光区域光刻胶表面金属膜剥离，曝光区域显影后形成的网栅线条，金属膜直接沉积到样件表面，形成金属网栅线条；j.最后步骤i中得到的样件放置到导电膜镀膜机中镀制电极，镀制后得到成品，所述步骤j中镀制电极时的蒸镀方式、镀制参数、电极材料和步骤h中镀制金属膜一样，膜系结构也相同，各层厚度分别为：30nm-1000nm-100nm，在进行步骤h镀制金属膜和步骤j镀制电极之前，使用导电膜镀膜机离子源清洁样件表面，离子源能量为435eV，离子源束流为77mA。
该实施例相较于具体实施例1，方法和条件与具体实施例1相同，不同在于镀制了不同厚度的金属膜，金属膜层厚度为1300+—200纳米，通过研究金属膜度，探究不同厚度金属网栅线条，对样件面电阻的影响，实验数据表明，金属网栅线条厚度在1100-1500纳米范围内，样件面电阻，在设计指标范围内，金属网栅线条越厚，面电阻越小，金属网栅的电磁屏蔽效率和红外透过率相互矛盾，通过研究金属膜层银合金线条厚度，探究不同厚度金属网栅线条对透过率和电磁屏蔽效率的影响。
具体实施例3：
一种内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，包括如下步骤：a.准备制备原料，准备的原料包括正性光刻胶AZ9260、丙酮、丁内酯、ZX-238显影液、铬、银合金、N-甲基吡咯烷酮溶液，其中正性光刻胶AZ9260、丙酮和丁内酯的质量份数分别为1份、10份和0.1份；b.利用丙酮和丁内酯对正性光刻胶AZ9260进行稀释，稀释的具体步骤包括：将准备好的正性光刻胶AZ9260、丙酮和丁内酯混合，然后用玻璃棒搅拌3分钟后，进行超声振荡使光刻胶、丙酮和丁内酯混合均匀，超声振荡的时间为5分钟，超声波设备功率为60W，得到稀释后的光刻胶溶液；c. 将得到的稀释后的光刻胶溶液吸入喷胶机中，设置喷胶高度为Z=20mm，x方向喷胶速度100 mm/s，y方向喷胶速度80 mm/s，喷胶不长间距为2 mm，均匀喷涂在柱面棱镜内部得到样件，喷涂两次，喷涂的厚度为5~6µm；d.将步骤c中得到的样件放入恒温烘箱，以105℃恒温烘烤7分钟；e.烘烤后采用激光直写曝光技术对样件进行刻蚀；具体为将步骤d后得到的样件放在激光直写光刻工装台上，打开吸附装置，将样件吸附固定在工装台上，采用波长为405nm，功率为100mW的单模光纤激光器对样件进行光刻，其中x方向刻蚀速度为40 mm/s, y方向刻蚀速度为70 mm/s，倾斜角为65.56°，焦距为2490µm；f. 刻蚀后利用ZX-238显影液对样件进行显影，显影时间60秒，显影后得到满足要求的沟槽线条线宽12 µm，周期400 µm；g.然后将显影后的样件放入超纯水中冲洗15秒，再用压缩空气将样件表面水分吹干；h.吹干样件后将其放置到导电膜镀膜机中镀制金属膜，镀制金属膜时的蒸镀方式：钨舟热蒸发，镀制参数：真空室真空度4.0×10–4Pa，真空室温度100℃，工转15转/分、抽真空保温时间40分钟，镀制结束冷却时间20分钟，金属膜材料为铬和银合金，膜系结构为：基底(铬/银合金/铬)空气；各层厚度分别为30nm-14000nm-30nm ；i. 将N-甲基吡咯烷酮溶液水浴加热到60℃，再将镀膜后得到的样件放入N-甲基吡咯烷酮溶液中，恒温超声振荡20分钟；将步骤f中未曝光区域光刻胶表面金属膜剥离，曝光区域显影后形成的网栅线条，金属膜直接沉积到样件表面，形成金属网栅线条；j.最后步骤i中得到的样件放置到导电膜镀膜机中镀制电极，镀制后得到成品，所述步骤j中镀制电极时的蒸镀方式、镀制参数、电极材料和步骤h中镀制金属膜一样，膜系结构也相同，各层厚度分别为：30nm-1000nm-100nm，在进行步骤h镀制金属膜和步骤j镀制电极之前，使用导电膜镀膜机离子源清洁样件表面，离子源能量为435eV，离子源束流为77mA。
该实施例相较于具体实施例2，方法和条件与具体实施例2相同，不同在于镀制金属膜温度参数不同，实验数据表明，金属膜料镀制时，真空室温度，在80-150范度围内，金属膜剥离后，能得到线宽周期较好的金属网栅线条，温度过高，样件表面涂敷的光刻胶会被烧糊脱落，读出的金属线条，会出现锯齿状，不符合设计要求，究金属膜蒸镀温度对膜层厚度、牢固度、均匀性和光谱特性的影响。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，其特征在于：包括如下步骤：a.准备制备原料，准备的原料包括正性光刻胶AZ9260、丙酮、丁内酯、ZX-238显影液、铬、银合金、N-甲基吡咯烷酮溶液；b.利用丙酮和丁内酯对正性光刻胶AZ9260进行稀释，得到稀释后的光刻胶溶液；c. 将得到的稀释后的光刻胶溶液均匀喷涂在事先准备好的柱面棱镜内部得到样件，喷涂的厚度为5~6µm；d.将步骤c中得到的样件放入恒温烘箱，以104℃-106℃恒温烘烤5-10分钟；e.烘烤后采用激光直写曝光技术对样件进行刻蚀；f. 刻蚀后利用ZX-238显影液对样件进行显影，显影时间50~70秒，显影后得到满足要求的沟槽线条线宽12 µm，周期400 µm；g.然后将显影后的样件放入超纯水中冲洗10~15秒，再用压缩空气将样件表面水分吹干；h.吹干样件后将其放置到导电膜镀膜机中镀制金属膜，金属膜材料为铬和银合金，膜系结构为：基底空气；i. 将N-甲基吡咯烷酮溶液水浴加热到60℃，再将镀膜后得到的样件放入N-甲基吡咯烷酮溶液中，恒温超声振荡20±5分钟；j.最后步骤i中得到的样件放置到导电膜镀膜机中镀制电极，镀制后得到成品。
2.根据权利要求1所述的内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，其特征在于：所述步骤a中需要定量准备的原材料包括正性光刻胶AZ9260、丙酮和丁内酯，正性光刻胶AZ9260、丙酮和丁内酯的质量份数分别为正性光刻胶AZ9260 0.8-1.2份、丙酮9-11份、丁内酯0.08-0.13份。
3.根据权利要求2所述的内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，其特征在于：所述步骤b中利用丙酮和丁内酯对正性光刻胶AZ9260进行稀释的具体步骤包括：将准备好的正性光刻胶AZ9260、丙酮和丁内酯混合，然后用玻璃棒搅拌后，进行超声振荡使光刻胶、丙酮和丁内酯混合均匀，超声振荡的时间为5-10分钟。
4.根据权利要求1所述的内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，其特征在于：所述步骤c中喷涂用的设备为光刻胶溶液用SSC-150型喷胶机。
5.根据权利要求1所述的内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，其特征在于：所述步骤e中进行刻蚀时所用激光器参数：波长405nm，激光功率100mW。
6.根据权利要求1所述的内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，其特征在于：所述步骤h中镀制金属膜时的蒸镀方式：钨舟热蒸发，镀制参数：真空室真空度3.0x10–3~5.0x10–4Pa，真空室温度80~100℃，工转15转/分、抽真空保温时间40~50分钟，镀制结束冷却时间20~30分钟。
7.根据权利要求1所述的内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，其特征在于：所述步骤h中膜系结构的膜层厚度分别为：30±10nm、1300±200nm、100±10nm。
8.根据权利要求1所述的内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，其特征在于：所述步骤j中镀制电极时的蒸镀方式、镀制参数、电极材料和步骤h中镀制金属膜一样，膜系结构也相同。
9.根据权利要求8所述的内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，其特征在于：所述步骤j 中膜系结构的膜层厚度分别为: 30±10nm、1000±200nm、100±10nm。
10.根据权利要求1所述的内凹面限制空间的电磁屏蔽金属网栅制备方法，其特征在于：所述步骤h镀制金属膜和步骤j镀制电极之前，使用导电膜镀膜机离子源清洁样件表面，离子源能量为435±10 eV，离子源束流为77±10 mA。
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