CN115835613A - 一种曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电磁屏蔽实现技术领域，具体公开一种曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法。包括以下步骤：S1，在基底表面旋涂光刻胶，烘烤；S2，通过曲面掩模窗口系统对基底进行曝光，显影，烘烤；S3，镀制金属网栅层，去除光刻胶，镀制保护层。其中曲面掩模窗口系统包括遮光板、衬底、掩模图案和增透保护层。本发明所提供的曲面窗口金属网栅制备方法，不仅加工的质量和精度好，而且可大大缩短制备时间，尤其适应于曲面电磁屏蔽窗口的大规模、高质量生产。

Description

一种曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法

技术领域

本发明涉及电磁屏蔽实现技术领域，尤其涉及一种曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法。

背景技术

近年来，随着5G通信和物联网等现代电子工业技术的飞速发展，各种无线通信系统急剧增加。光学窗口作为光电设备机构/功能一体化的重要部件，已成为制约现代光电设备发展的关键所在。随着现代社会的发展，光学窗口使用过程中面临着极其复杂的空间电磁环境，不仅要求光学窗口具有好的耐磨性能和耐热冲击性能，同时还需要保证光学窗口的电磁屏蔽效果。

金属网栅电磁屏蔽技术作为实现光学窗口电磁屏蔽的有效方法之一，获得了广泛关注和研究。目前，光学窗口电磁屏蔽金属网栅的制备普遍采用激光直写法，需规律性的调整激光直写探头的位置，反复曝光光刻胶以形成纵横相交的网格化图案结构。但是，激光直写法的加工过程时间较长，一般需要180min～300min，效率和曲面加工精度较低，并且对设备运行稳定性要求严苛，不能满足大规模、批量生产的需要。

为了解决现有技术中激光直写法制备曲面窗口金属网栅所存在的问题，现有技术中指出在平面光学窗口基底中可以采用掩模窗口进行平面金属网栅的制备。但是，将现有的掩模版技术应用于曲面光学窗口时，由于难以控制曝光的均匀性，会导致曲面光学窗口中的曝光精度和质量较差。因此，本发明专利提供了一种既可以快速实现曲面曝光，又可以改善曝光精度和质量，同时避免掩模板损伤的曲面窗口电磁屏蔽金属网栅结构的制备方法。

发明内容

为了提高曲面电磁屏蔽光学窗口制备过程中光刻胶的曝光精度和质量，同时避免掩模窗口在反复使用过程中造成的机械损伤，本发明提供一种曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

本发明提供一种曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法，包括以下步骤：

S1，在基底表面涂覆光刻胶，烘烤；

S2，通过曲面掩模窗口系统对基底进行曝光，显影，烘烤，在基底上形成网栅图形；

其中，所述曲面掩模窗口系统自下而上依次包括遮光板、衬底、掩模图案结构和表面增透保护层；

S3，采用镀膜方式在基底上镀制金属网栅层，去除光刻胶，镀制保护层，得曲面电磁屏蔽光学窗口。

相对于现有技术，本发明提供的曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法，采用曲面掩模窗口实现曲面光学窗口电磁屏蔽金属网栅结构的制备，所使用的曲面掩模窗口系统包括遮光板、衬底、掩模图案结构和增透保护层结构，不仅可以有效降低曝光过程中界面表面剩余的反射干扰，增加曝光能量，有效改善曝光的线宽质量和曝光的深度；同时，还可以有效避免曲面掩模窗口在反复的使用过程中掩模图案可能产生的机械损坏，从而对曲面掩模窗口起到较好的保护作用，延长曲面掩模窗口的使用寿命。本发明所提供的曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法具有效率高以及加工精度和质量好的特点，可在10s～120s内快速完成曝光，尤其适合大规模、高质量、快速制备曲面电磁屏蔽光学窗口。

进一步的，步骤S1中涂覆光刻胶前需要对曲面光学窗口进行清洗。

优选的，所述清洗的具体步骤为：

将曲面光学窗口浸泡于质量比为1:1的无水乙醇和丙酮混合溶液中10～40min；取出后，用质量比为1:1的无水乙醇和乙醚的混合溶液擦拭曲面光学窗口，直至其表面无油污、尘粒和擦痕。

优选的，步骤S1中，光刻胶的厚度为1μm～5μm。

优选的，步骤S1中，所述烘烤的温度为50℃～100℃，烘烤时间为3min～20min。

进一步的，步骤S1中，所述基底为曲面光学窗口，所述基底选自氟化钡、氟化钙、多光谱硫化锌、CVD硫化锌、石英、硅、锗、蓝宝石、氟化镁、尖晶石、金刚石或氮氧化铝。

优选的，步骤S2中，所述曲面掩模窗口系统的遮光板选自金属、不透光玻璃或塑料；其中金属包括铝、铜、镍或铬中的一种或几种。

优选的，所述遮光板的转速为30～250r/min。

遮光板表面规律排布有弧状或圆孔状的透光区域，保证透光能量可以在曲面窗口表面均匀分布，并通过调整遮光板的转速可以调节光源发射能量的空间分布，提高曝光过程光源在光刻胶表面的均匀性。

优选的，步骤S2中，所述曲面掩模窗口的衬底为石英衬底，衬底的厚度为1mm～10mm。

优选的，步骤S2中，所述掩模图案结构包括遮光材料覆盖的不透明区域和无遮光覆盖的透明区域，其中，透明区域在衬底表面呈横纵相交网格状。

优选的，步骤S2中，所述表面增透保护层由Ta₂O₅膜和SiO₂膜组成。

进一步的，步骤S2中，掩模图案结构中的遮光材料为镍、铬、铜、铝、金、银、钨、氮化钛、类金刚石、锗、硅、氧化锗、碳化锗中的一种或几种。

优选的，步骤S2中，掩模图案结构的厚度为100nm～800nm。

进一步的，步骤S2中，表面增透保护膜的结构自下而上依次包括第一Ta₂O₅膜、第一SiO₂膜、第二Ta₂O₅膜和第二SiO₂膜。

优选的，所述第一Ta₂O₅膜的厚度为122.7nm～134.7nm。

优选的，所述第一SiO₂膜的厚度为169.3nm～185.3nm。

优选的，所述第二Ta₂O₅膜的厚度为91.4nm～101.4nm。

优选的，所述第二SiO₂膜的厚度为75.9nm～83.9nm。

进一步的，所述表面增透保护层的第一Ta₂O₅膜下还包括掩模图案埋伏层；所述掩模图案埋伏层为SiO₂膜；所述掩模图案埋伏层的厚度为0.1μm～20μm。

该埋伏层材料与曲面石英掩模衬底材料一致，可在不改变衬底材料自身光学性能的同时，实现与衬底之间的优异结合；同时通过调整埋伏层厚度，可将掩模图案结构有效封装在内部，避免外部复杂环境、衬底压表面抛光处理及镀制增透保护膜等过程对掩模图案结构的不利影响，从而保证掩模图案结构可以长期稳定、多次反复使用。

进一步的，步骤S2曝光过程中在曲面掩模窗口的两侧加压，两侧加压的压力为4.9N～49N。

通过两侧加压的方式可以使曲面掩模板与曲面光学窗口表面的光刻胶紧密贴合，从而增加曝光的精度和质量，实现光刻胶均匀、充分的曝光，从而提高曲面电磁屏蔽光学窗口的质量和性能。

优选的，步骤S2中，所述曝光的光源为LED灯或汞灯；所述光源的光照波长为300nm～450nm，曝光时间为30s～120s。

优选的，步骤S2中，所述烘烤的温度为60℃～100℃，烘烤时间为3min～20min。

优选的，步骤S2中所述显影的显影液包括氢氧化四甲基氨、丙酮或氢氧化钾中的一种或几种。

进一步的，步骤S3中所述金属复合层包括打底层和金属层。

优选的，步骤S3中，所述打底层包括镍、铬或镍铬合金中的一种或几种。

优选的，步骤S3中，所述金属层包括银、铜、金、铝或镍中的一种或几种。

优选的，步骤S3中所述金属复合层的制备方法包括物理热蒸发法、离子束溅射法、磁控溅射法、电子束蒸发法中的一种或几种。

进一步的，步骤S3中所述保护层包括氧化钇、氟化钡、氟化钙、硫化锌、二氧化硅、硅、锗、氧化铝、氟化镁、尖晶石、金刚石或氮氧化铝中的一种或几种。

优选的，步骤S3中所述保护层的制备方法包括电子束蒸发方法、离子束溅射方法、磁控溅射方法中的一种或几种。

上述曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法，采用曲面掩模窗口实现曲面光学窗口电磁屏蔽金属网栅结构的制备，其中，表面增透保护层结构由掩模图案埋伏层和增透保护膜构成，一方面可以降低曝光过程中曝光波长的界面剩余反射率，提高曝光波长的透射率，有效改善曝光的线宽和曝光的深度；另一方面，硬质的增透保护膜可以有效避免金属掩模图案在反复使用过程中所受到的外部机械损伤，延长曲面掩模窗口的使用寿命。并且，在曝光过程中对曲面掩模窗口采用侧面加压的方式，使曲面掩模窗口与曲面光学窗口表面的光刻胶紧密贴合；辅助遮光板调节光源发射的能量空间分布，实现光刻胶均匀、充分的曝光，从而有效提升曝光的精度和质量。本发明所提供的曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法，不仅加工的质量和精度好，还大大缩短了传统激光直写法的制备时间，对于曲面电磁屏蔽光学窗口的大规模、高质量生产具有重要意义。

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。

为了更好的说明本发明实施例提供的，下面通过实施例做进一步的举例说明。

实施例1

本实施例选用曲面硫化锌光学窗口制备曲面电磁屏蔽光学窗口，首先将曲面硫化锌光学窗口浸泡于质量比为1:1的无水乙醇和丙酮的混合溶液中30min；再用脱脂纱布蘸取质量比为1:1的无水乙醇和乙醚的混合溶液擦拭曲面硫化锌窗口表面，直至其表面无油污、尘粒和擦痕。

S1，取20mL正性光刻胶滴于曲面硫化锌光学窗口表面，依次以400r/min、800r/min和1500r/min旋涂光刻胶，并分别保持10s，获得光刻胶厚度为1μm；再将曲面硫化锌光学窗口放置于马弗炉中，在60℃下烘烤10min；

S2，将曲面掩模窗口系统置于光刻胶表面，侧面加压4.9N，采用中心波长为405nm的LED光源，并将遮光板以30r/min旋转运动，曝光120s；曝光后的曲面硫化锌光学窗口浸没在四甲基氢氧化铵显影液中显影40s，取出后于100℃下烘烤10min。

所述曲面掩模窗口系统自下而上包括不透光玻璃遮光板、10mm石英衬底、掩模图案结构和增透保护层结构。掩模图案由金属镍覆盖的不透明区域和无金属覆盖的透明区域组成；无金属覆盖覆盖的透明区域呈纵横相交网格状，网格周期为400μm、宽度为15μm，金属覆盖层厚度为100nm。表面增透保护层的结构自下而上依次为SiO₂掩模图案埋伏层和增透保护膜构成，增透保护膜由第一Ta₂O₅膜和第一SiO₂膜，以及第二Ta₂O₅膜和第二SiO₂膜。其中，SiO₂掩模图案埋伏层厚度为20μm；第一Ta₂O₅膜的厚度为128.7nm；第一SiO₂膜的厚度为177.3nm；第二Ta₂O₅膜的厚度为96.4nm；第二SiO₂膜的厚度为79.9nm。

S3，通过离子束溅射方法在光刻胶表面镀打底铬膜50nm和金薄膜层300nm；将镀好金属薄膜复合层的光学窗口浸泡于丙酮溶液中30min，去除多余光刻胶；

采用电子束蒸发方法，在光学窗口表面制备7.5μm～9.7μm波段的单层Y₂O₃保护层，膜层厚度为1.1μm，得曲面电磁屏蔽光学窗口。

实施例2

本实施例选用曲面蓝宝石光学窗口制备曲面电磁屏蔽光学窗口，首先将曲面蓝宝石光学窗口浸泡于质量比为1:1的无水乙醇和丙酮的混合溶液中10min；再用脱脂纱布蘸取质量比为1:1的无水乙醇和乙醚的混合溶液擦拭曲面蓝宝石窗口表面，直至其表面无油污、尘粒和擦痕。

S1，取100mL正性光刻胶滴于曲面蓝宝石光学窗口表面，依次以400r/min、800r/min和1500r/min旋涂光刻胶，并分别保持10s，获得光刻胶厚度为5μm；再将曲面蓝宝石光学窗口放置于马弗炉中，在100℃下烘烤20min；

S2，将曲面掩模窗口置于光刻胶表面，侧面加压49N，通过中心波长为450nm的汞灯光源，并将遮光板以150r/min旋转运动，曝光30s；曝光后的曲面硫化锌光学窗口浸没在四甲基氢氧化铵显影液中显影40s，取出后于80℃下烘烤20min。

所述曲面掩模窗口包括不透光玻璃遮光板、1mm石英衬底、掩模图案结构和增透保护层结构。掩模图案由锗覆盖的不透明区域和无锗覆盖的透明区域组成；无锗覆盖的透明区域呈纵横相交网格状，网格周期为400μm、宽度为15μm，锗覆盖层厚度为400nm。增透保护层由高折射率Ta₂O₅膜和低折射率SiO₂膜组成，表面增透保护层的结构自下而上依次为SiO₂掩模图案埋伏层，第一Ta₂O₅膜和第一SiO₂膜，以及第二Ta₂O₅膜和第二SiO₂膜。其中，掩模图案埋伏层(SiO₂)厚度为0.1μm；第一Ta₂O₅膜的厚度为122.7nm；第一SiO₂膜的厚度为169.3nm；第二Ta₂O₅膜的厚度为91.4nm；第二SiO₂膜的厚度为75.9nm。

S3，通过离子束溅射方法在光刻胶表面镀打底铬膜50nm和金薄膜层300nm；将镀好金属薄膜复合层的光学窗口浸泡于丙酮溶液中30min，去除多余光刻胶；

采用电子束蒸发方法，在光学窗口表面镀单层Al₂O₃保护层，膜层厚度为2μm，得曲面电磁屏蔽光学窗口。

实施例3

本实施例选用曲面氟化镁光学窗口制备曲面电磁屏蔽光学窗口，首先将曲面氟化镁光学窗口浸泡于质量比为1:1的无水乙醇和丙酮的混合溶液中40min；再用脱脂纱布蘸取质量比为1:1的无水乙醇和乙醚的混合溶液擦拭曲面蓝宝石窗口表面，直至其表面无油污、尘粒和擦痕。

S1，取30mL负性光刻胶滴于曲面氟化镁光学窗口表面，依次以200r/min、600r/min和1000r/min旋涂光刻胶，并分别保持10s，获得光刻胶厚度为2μm；再将曲面氟化镁光学窗口放置于马弗炉中，在50℃下烘烤3min；

S2，将曲面掩模窗口置于光刻胶表面，侧面加压20N，通过中心波长为300nm的LED光源，并将遮光板以250r/min旋转运动，曝光60s；曝光后的曲面氧化镁光学窗口浸没在稀释的氢氧化钾显影液(氢氧化钾显影液：去离子水比例为1：4)中显影40s，取出后于60℃下烘烤3min。

所述曲面掩模窗口系统包括金属铝遮光板、5nm石英衬底、掩模图案结构和增透保护层结构。掩模图案由金属铝覆盖的不透明区域和无金属覆盖的透明区域组成；无金属覆盖的透明区域呈纵横相交网格状，网格周期为400μm、宽度为15μm，金属覆盖层厚度为800nm。增透保护层结构自下而上依次为SiO₂掩模图案埋伏层，第一Ta₂O₅膜和第一SiO₂膜，以及第二Ta₂O₅膜和第二SiO₂膜。其中，SiO₂掩模图案埋伏层的厚度为5μm；第一Ta₂O₅膜的厚度为；134.7nm；第一SiO₂膜的厚度为；185.3nm；第二Ta₂O₅膜的厚度为；101.4nm；第二SiO₂膜的厚度为；83.9nm。

S3，通过磁控溅射方法在光刻胶表面镀打底镍铬膜混合膜50nm和金薄膜层300nm；其中镍铬混合膜中镍铬的质量比为9:1。将镀好金属薄膜复合层的光学窗口浸泡于氢氧化钾溶液中10min，去除多余光刻胶；

采用离子束溅射方法，在光学窗口表面制备单层MgF₂保护层，膜层厚度为1.2μm，得曲面电磁屏蔽光学窗口。

在相同条件下使用激光直写法制备与本发明实施例1相同规格的曲面光学窗口，并与本发明实施例1进行对比，结果如下表1所示：

表1激光直写方法与实施例1对比

	激光直写方法	实施例1
			曝光时间	195min	1.5min
加工效率	低	高
			加工精度	±15％	±10％
加工精度能否满足设计要求	可以	可以
			加工成本	高	低
设备长期使用稳定性	中等	高
			是否适合高效批量加工	否	是
能否满足窗口屏蔽效能要求	可以	可以

由表1对比可知，采用本发明方法进行曲面窗口金属网栅的制备具有成本低、效率高等优点，尤其适合大规模、批量、快速制备曲面光学窗口电磁屏蔽金属网栅结构情况。采用激光直写技术，根据曝光计量的不同，曝光时间需要180～300min；而采用本技术方案，在满足光学窗口屏蔽效能要求的前提下，可在2min内快速、高效实现彻底曝光，工程批量应用优势极其显著。

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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，在基底表面涂覆光刻胶，烘烤；

S2，通过曲面掩模窗口系统对基底进行曝光，显影，烘烤，在基底上形成网栅图形；

其中，所述曲面掩模窗口系统自下而上依次包括遮光板、衬底、掩模图案结构和表面增透保护层；

S3，采用镀膜方式在基底上镀制金属网栅层，去除光刻胶，镀制保护层，得曲面电磁屏蔽光学窗口。

2.如权利要求1所述的曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法，其特征在于：步骤S1中，光刻胶的厚度为1μm～5μm；和/或

步骤S1中，所述烘烤的温度为50℃～100℃，烘烤时间为3min～20min；和/或

步骤S1中，所述基底为曲面光学窗口，所述基底选自氟化钡、氟化钙、多光谱硫化锌、CVD硫化锌、石英、硅、锗、蓝宝石、氟化镁、尖晶石、金刚石或氮氧化铝。

3.如权利要求1所述的曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述曲面掩模窗口系统的遮光板选自金属、不透光玻璃或塑料；和/或

步骤S2中，所述衬底为石英衬底，衬底的厚度为1mm～10mm；和/或

步骤S2中，所述掩模图案结构包括遮光材料覆盖的不透明区域和无遮光材料覆盖的透明区域，其中，透明区域在衬底表面呈横纵相交网格状；和/或

步骤S2中，所述表面增透保护层由Ta₂O₅膜和SiO₂膜组成。

4.如权利要求3所述的曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法，其特征在于：步骤S2中，掩模图案结构中的遮光材料为镍、铬、铜、铝、金、银、钨、氮化钛、类金刚石、锗、硅、氧化锗或碳化锗中的一种或几种；和/或

步骤S2中，掩模图案结构的厚度为100nm～800nm。

5.如权利要求3所述的曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法，其特征在于：步骤S2中，表面增透保护层结构自下而上依次包括第一Ta₂O₅膜、第一SiO₂膜、第二Ta₂O₅膜和第二SiO₂膜；

其中，所述第一Ta₂O₅膜的厚度为122.7nm～134.7nm；所述第一SiO₂膜的厚度为169.3nm～185.3nm；所述第二Ta₂O₅膜的厚度为91.4nm～101.4nm；所述第二SiO₂膜的厚度为75.9nm～83.9nm。

6.如权利要求5所述的曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法，其特征在于：所述表面增透保护层的第一Ta₂O₅膜下还包括掩模图案埋伏层；所述掩模图案埋伏层为SiO₂膜；所述掩模图案埋伏层的厚度为0.1μm～20μm。

7.如权利要求1所述的曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法，其特征在于：步骤S2中，曝光过程中在曲面掩模窗口两侧加压，两侧加压的压力为4.9N～49N。

8.如权利要求1所述的曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述曝光的光源为LED灯或汞灯；所述光源的光照波长为300nm～450nm，曝光时间为30s～120s；和/或

步骤S2中，所述烘烤的温度为60℃～100℃，烘烤时间为3min～20min。

9.如权利要求1所述的曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述金属网栅层包括打底层和金属层；和/或

所述打底层包括镍、铬或镍铬合金中的一种或几种；和/或

所述金属层包括银、铜、金、铝或镍中的一种或几种。

10.如权利要求1所述的曲面窗口电磁屏蔽金属网栅的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述保护层包括氧化钇、氟化钡、氟化钙、硫化锌、二氧化硅、硅、锗、氧化铝、氟化镁、尖晶石、金刚石或氮氧化铝中的一种或几种。