CN116241808A - 电磁屏蔽曲面光学窗口的制备方法、曲面光源及设备 - Google Patents

电磁屏蔽曲面光学窗口的制备方法、曲面光源及设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电磁屏蔽曲面光学窗口的制备方法、曲面光源及设备,其中,曲面光源包括透明窗口、至少一组蝇眼透镜、支撑架和LED灯珠;透明窗口,为具有一定弧度的凹面窗口,当采用该曲面光源制备曲面光学窗口内的金属网栅时,透明窗口与曲面光学窗口的形状相匹配;蝇眼透镜,设置在透明窗口的内侧,且蝇眼透镜的形状与透明窗口的形状相匹配;支撑架,设置在蝇眼透镜的内侧,且与蝇眼透镜的形状相匹配,在支撑架上阵列布设有LED灯珠;其中,透明窗口、蝇眼透镜和支撑架的拱高均大于光学窗口的拱高。本发明提供的曲面光源可以改善光源在曲面维度的光强均匀性,提高金属网栅的质量。

Description

电磁屏蔽曲面光学窗口的制备方法、曲面光源及设备
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽技术领域,尤其涉及一种电磁屏蔽曲面光学窗口的制备方法、曲面光源及设备。
背景技术
随着5G通信和物联网技术的不断发展,电磁波技术以从雷达、卫星通讯与导航、移动通信、无线定位到广播、电视、及医疗诊断等日程生活和生产的各个领域。为了实现更长距离的传输通讯和探测,则需要越来越大的发射功率,则产生的电磁波的强度也会不断增强,随之会带来严重的电磁干扰,极大影响了电子系统的稳定性,并会带来相应的电子安全问题。
曲面光学透明窗口作为光电设备一体化的重要部件,不仅要求其具有良好的耐磨性和耐热冲击性能,而且还需要具有宽频带电磁屏蔽能力。目前,制备光学透明器件主要采用透明导电薄膜和金属网栅。以光刻技术为代表的金属网栅加工技术具有效率高、成本低、工艺成熟等优点。
然而,目前的金属网栅加工技术只适用于平面金属网栅的制备,采用现有的金属网栅加工技术制备曲面的光学窗口,则难以控制曝光的均匀性,从而导致制备的金属网栅线条质量较差,无法满足航空航天、国防等领域对高质量曲面金属网栅的需求。
发明内容
本发明实施例提供了一种电磁屏蔽曲面光学窗口的制备方法、曲面光源及设备,以解决采用目前的金属网栅加工技术制备的金属网栅质量较差的问题。
第一方面,本发明实施例提供了一种曲面光源,包括透明窗口、至少一组蝇眼透镜、支撑架和LED灯珠;
透明窗口,为具有一定弧度的凹面窗口,当采用该曲面光源制备曲面光学窗口内的金属网栅时,透明窗口与曲面光学窗口的形状相匹配;
蝇眼透镜,设置在透明窗口的内侧,且蝇眼透镜的形状与透明窗口的形状相匹配;
支撑架,设置在蝇眼透镜的内侧,且与蝇眼透镜的形状相匹配,在支撑架上阵列布设有LED灯珠;
其中,透明窗口、蝇眼透镜和支撑架的拱高均大于光学窗口的拱高。
在一种可能的实现方式中,透明窗口、蝇眼透镜和支撑架均为球缺形,且光学窗口的半径大于透明窗口的半径,透明窗口的半径大于蝇眼透镜的半径,蝇眼透镜的半径大于支撑架的半径,且透明窗口、蝇眼透镜和支撑架的球心的位置相同。
在一种可能的实现方式中,透明窗口、蝇眼透镜和支撑架均为半球形。
在一种可能的实现方式中,支撑架上布设有多个阵列的固定槽,且每个固定槽内均设有紫外LED灯珠。
在一种可能的实现方式中,支撑架为由铁、铝或铜制备成的凹半球。
第二方面,本发明实施例提供了一种电磁屏蔽曲面光学窗口的制备方法,包括以下步骤:
采用设置有曲面光源的光刻机和曲面掩膜版,对涂覆有光刻胶的曲面光学窗口进行曝光和显影,在光学窗口表面形成网栅图形;其中,涂覆有光刻胶的曲面光学窗口和曲面光源在曝光时同圆心,且涂覆有光刻胶的曲面光学窗口和曲面光源的形状相匹配;
在形成有网栅图形的光学窗口上蒸镀金属层,剥离掉多余的金属层和光刻胶,得到金属网栅电磁屏蔽曲面光学窗口。
在一种可能的实现方式中,在对涂覆有光刻胶的曲面光学窗口进行曝光和显影之前,还包括:
在曲面光学窗口上蒸镀预设厚度的增反膜;
对涂覆有光刻胶的曲面光学窗口进行曝光和显影,包括:
在蒸镀有增反膜的曲面光学窗口上涂覆光刻胶,采用设置有曲面光源的光刻机和曲面掩膜版,对涂覆有光刻胶的曲面光学窗口进行曝光和显影,得到驻波光刻胶条纹,并去除未被光刻胶覆盖的增反膜;
在剥离掉多余的金属层和光刻胶之后,还包括:
去除剩余的增反膜。
在一种可能的实现方式中,增反膜为金属铝薄膜。
在一种可能的实现方式中,对涂覆有光刻胶的曲面光学窗口进行曝光和显影,并去除未被光刻胶覆盖的增反膜,包括:
采用碱性显影液对曝光后的曲面光学窗口进行显影,并去掉未被光刻胶覆盖的金属铝薄膜;
剥离掉多余的金属层和光刻胶,得到电磁屏蔽曲面光学窗口,包括:
采用丙酮溶液浸泡并超声,剥离掉多余的金属层和光刻胶;
采用碱性显影液浸泡,去除剩余的金属铝薄膜,得到金属网栅电磁屏蔽曲面光学窗口。
第三方面,本发明实施例提供了一种光刻设备,包含第一方面任一项的曲面光源的设备。
本发明实施例提供一种电磁屏蔽曲面光学窗口的制备方法、曲面光源及设备,其中,曲面光源包括透明窗口、至少一组蝇眼透镜、支撑架和LED灯珠,透明窗口、蝇眼透镜和支撑架均与待制备的曲面光学窗口的形状相匹配,在支撑架内阵列设置LED灯珠组成曲面光源。在对曲面光学窗口进行光刻时,通过蝇眼透镜可以改善光源在曲面维度的光强均匀性,使得每个曲面的光源在光刻胶面垂直入射,从而避免了采用平面光源光刻时产生光刻胶斜坡,导致金属网栅线条质量变差,不易剥离的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有的使用平面光源对曲面光学窗口曝光时产生的光刻胶斜坡和金属镀膜后光刻胶侧壁沉积的示意图;
图2是现有的曲面光学窗口在金属镀膜时,斜面效应加剧了光刻胶金属侧面沉积的示意图;
图3是本发明实施例提供的一种曲面光源的结构示意图;
图4是本发明实施例提供的电磁屏蔽曲面光学窗口的制备方法的实现流程图;
图5是本发明实施例提供的驻波效应产生的纵向光刻胶条纹的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本发明实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
正如背景技术中所描述的,随着电磁辐射技术的蓬勃发展,为实现更长距离的传输通讯和探测,卫星、电视广播等的发射功率越来越大,电磁波强度不断增强,随之带来了日益复杂的空间电磁环境。如何进行电磁屏蔽,特别是光学透明器件的电磁屏蔽,成为目前研究的热点。目前常用的解决方案是透明导电薄膜和金属网栅,通过光刻在透明导电薄膜上制备金属网栅。
金属网栅制备通常采用接触式光刻、金属镀膜和剥离的方式实现,该方法具有效率高,成本低,工艺成熟等优点。但是,此方法目前只适用于平面金属网栅的制备,在曲面金属网栅制备过程中,存在很多问题:如由于平面紫外光源在对曲面样品曝光时存在光强分布不均,曲面样品边缘位置曝光不充足,导致金属网栅线条质量变差。在使用平面光源对曲面样品曝光时,曲面样品边缘处于斜入射状态,导致显影后出现光刻胶的斜坡。如图1所示,在金属镀膜后,难以避免在光刻胶11斜坡上沉积金属层12,导致剥离困难。还会存在如图2所示,在曲面金属镀膜过程中,斜面效应加剧了曲面光学窗口21的光刻胶斜坡的金属22侧面沉积,从而导致剥离更加艰难,断线率增加。
为了解决现有技术问题,本发明实施例提供了一种电磁屏蔽曲面光学窗口的制备方法、曲面光源及设备。下面首先对本发明实施例所提供的曲面光源进行介绍。
一种曲面光源,包括透明窗口、至少一组蝇眼透镜、支撑架和LED灯珠。透明窗口为具有一定弧度的凹面窗口,当采用该曲面光源制备曲面光学窗口内的金属网栅时,透明窗口与曲面光学窗口的形状相匹配。蝇眼透镜设置在透明窗口的内侧,且蝇眼透镜的形状与透明窗口的形状相匹配。支撑架设置在蝇眼透镜的内侧,且与蝇眼透镜的形状相匹配,在支撑架上阵列布设有LED灯珠。为了保证曲面光源发出的光可以照到曲面光学窗口的所有部分,因此,透明窗口、蝇眼透镜和支撑架的拱高均大于光学窗口的拱高。
需要说明的是,此处的形状相匹配为形状相似随形的,即透明窗口、蝇眼透镜和支撑架都是和待制备的曲面光学窗口的形状相似随形的。至少一组蝇眼透镜和支撑架均套设在透明窗口内。
本发明通过设置与待制备的曲面光学窗口形状相匹配的透明窗口、蝇眼透镜和支撑架,并在支架上布设点阵LED灯珠组成曲面光源,采用蝇眼透镜可以改善光源在曲面维度的光强均匀性,使得每个曲面的光源在光刻胶面垂直入射,从而避免了采用平面光源光刻时产生光刻胶斜坡,导致金属网栅线条质量变差,不易剥离的问题。
在一些实施例中,蝇眼透镜又称为复眼透镜或积分透镜,是由一系列相同的小透镜拼合而成的,可以获得高光能利用率和高均匀性的光。为了改善曲面光源在曲面维度的光强均匀性,可以使用两组蝇眼透镜,两组蝇眼透镜之间有一定的间隔。
在一些实施例中,透明窗口、蝇眼透镜和支撑架可以均为球缺形,且光学窗口的半径大于透明窗口的半径,透明窗口的半径大于蝇眼透镜的半径,蝇眼透镜的半径大于支撑架的半径。为了保证曲面光源的光可以垂直入射到光刻胶表面,透明窗口、蝇眼透镜和支撑架的球心的位置需要相同。
在此实施例中,透明窗口、蝇眼透镜和支撑架均为半球形,蝇眼透镜和支撑架嵌套在透明窗口内,且透明窗口、蝇眼透镜和支撑架的球心的位置相同。透明窗口、蝇眼透镜和支撑架之间的距离,可以在具体的应用场景中进行调节,此处不做限定。
在一些实施例中,由于金属网栅制备过程中,主要使用紫外光刻胶,因此可以选用紫外LED灯珠。
在此实施例中,可以在支撑架上设置多个阵列的固定槽,且每个固定槽内均设有紫外LED灯珠。
在一些实施例中,由于在光刻过程中阵列的紫外LED灯珠会产生大量的热量,因此,在选用支撑架时,需要选用散热性强的材料制备,如可以选用铁、铝或铜制备成的凹半球支撑架。
如图3所示,一种曲面光源,包括透明窗口32、两组蝇眼透镜、支撑架35和紫外LED灯珠36。待制备的曲面光学窗口31为球缺形,因此透明窗口32、第一蝇眼透镜33、第二蝇眼透镜34和支撑架35均为半球形,且透明窗口32、第一蝇眼透镜33、第二蝇眼透镜34和支撑架35的球形位于同一位置。
其中,透明窗口32与第一蝇眼透镜33之间的距离为5毫米,第一蝇眼透镜33和第二蝇眼透镜34之间的距离为10毫米,第二蝇眼透镜34和支撑架35之间的距离为10毫米,紫外LED灯珠36点阵间距为4毫米,支撑架35采用铁或铝材质。
本发明提供的LED点阵光源组成的曲面光源,并通过增加两组匀化透镜组改善了光源在曲面维度的光强均匀性,在调整曲面光源和曲面掩模版的间距使圆心重合时,可实现紫外光在光刻胶面的垂直入射,避免了光刻胶斜坡的产生。
第二方面,如图4所示,本发明还提供了一种应用该曲面光源制备电磁屏蔽曲面光学窗口的制备方法,具体如下:
S410、采用设置有曲面光源的光刻机和曲面掩膜版,对涂覆有光刻胶的曲面光学窗口进行曝光和显影,在光学窗口表面形成网栅图形。
涂覆有光刻胶的曲面光学窗口和曲面光源在曝光时同圆心,且涂覆有光刻胶的曲面光学窗口和曲面光源的形状相匹配。
在此实施例中,曲面光学窗口需要在清洗后,放置在涂胶机夹具上,吸附真空并滴涂紫外光刻胶,紫外光刻胶涂好后,放置在洁净烘箱中烘烤。
在一些实施例中,为了增强紫外光的反射,增强光刻环节的驻波效应,可以在光刻之前,在曲面光学窗口上蒸镀预设厚度的增反膜。通过在曲面光学窗口制备金属栅之前,提前在其上蒸镀预设厚度的增反膜,增强了紫外光在光刻胶面的反射,由于紫外光垂直入射,入射光和反射光之间干涉产生的纵向驻波条纹,通过驻波条纹可以进一步改善了剥离困难的问题。
在此实施例中,增反膜可以为预设厚度的金属铝薄膜。金属铝薄膜的厚度可以根据实际应用场景进行设定。例如,金属铝薄膜的厚度可以为50-100纳米之间。
在此实施例中,在制备金属铝薄膜的曲面光学窗口涂覆光刻胶后,将预先准备的曲面掩模版放置在曲面光学窗口上,并将掩模版的边缘与曲面光学窗口的边缘对齐,使两者紧密贴合,随后将掩膜版和曲面光学窗口放置在曝光载台上。然后,升高曝光载台Z轴,使被曝光曲面光学窗口与曲面光源的圆心处于同一位置,确保紫外光在光刻胶面的垂直入射。
曝光后,进行显影,并将未被光刻胶覆盖的增反膜去除。
如为金属铝薄膜时,可以采用碱性显影液对曝光后的曲面光学窗口进行显影,并去掉未被光刻胶覆盖的金属铝薄膜。
如采用AZ300MIF碱性显影液显影进行显影,且可以去除未被光刻胶覆盖的金属铝薄膜。如图5所示,基底51上有一层金属铝层52,金属铝层52上有一层光刻胶层53,通过采用本发明提供的方法,可以在光刻胶层53表面产生由于入射光和反射光之间干涉产生的纵向驻波条纹54,可以解决剥离困难的问题。
S420、在形成有网栅图形的光学窗口上蒸镀金属层,剥离掉多余的金属层和光刻胶,得到金属网栅电磁屏蔽曲面光学窗口。
在一些实施例中,对于设有增反膜,如金属铝薄膜的,可以首先采用丙酮溶液浸泡并超声,剥离掉多余的金属层和光刻胶,然后,采用碱性显影液浸泡,去除剩余的金属铝薄膜,得到电磁屏蔽曲面光学窗口。
以下,以一个具体的实施例,详细描述本发明提供的电磁屏蔽曲面光学窗口的制备方法,步骤如下:
S510、将曲面光学窗口清洗后放入蒸发镀膜机中进行金属蒸镀,蒸镀金属铝80nm,蒸镀速率为1.5A/s,待腔体冷却至室温取出曲面光学窗口。
S520、将镀好金属铝的曲面光学窗口放置于涂胶机夹具上,吸附真空并滴涂15ml的 AZ6130紫外光刻胶,开始旋涂,旋涂参数为2000rpm,旋涂时间为60s。光刻胶涂胶厚度经测试为3.8um,涂好光刻胶的光学窗口放置洁净烘箱中100℃烘烤5min。
S530、将提前制备好的曲面掩模版放置在曲面光学窗口上,并将掩模版边缘与曲面光学窗口边缘对齐,使两者紧密贴合,随后将贴合好的掩模版和曲面光学窗口放置在曝光载台上。
S540、升高曝光载台Z轴,使被曝光的掩模版和曲面光学窗口与曲面光源的圆心处于同一位置,确保紫外光在光刻胶面的垂直入射。设置曝光时间和功率,其中功率设置为LED面光源最大功率的25%,曝光时间设置为10s,开始曝光。
S550、使用AZ300MIF碱性显影液显影,显影时间为80s,得到驻波光刻胶条纹。且AZ300MIF碱性显影液还可以同时将未被光刻胶覆盖的铝金属层去除掉。
S560、使用蒸发镀膜机进行低温金属蒸镀,膜层为30nm Cr和300nmCu,两金属的蒸镀速率为2A/s,蒸镀温度为50℃。
S570、将蒸镀金属网栅的曲面光学窗口放入AZ300MIF碱性显影液中浸泡10min,去除多余的金属铝增反层,清洗后得到高质量的曲面金属网栅电磁屏蔽光学窗口。
本申请所提供的方法通过曲面点阵光源的方式优化了曲面维度的光强均匀性,同时使紫外光可以垂直入射光刻胶,避免了光刻胶斜坡的产生从而降低了一定的剥离难度。此外,在曲面光学窗口上蒸镀铝增反层,可以增强紫外光的反射,由于紫外光在光刻胶面垂直入射,入射光和反射光在纵向形成驻波条纹,极大降低了剥离难度,减少了曲面金属网栅制备的断线率。此外,通过采用本发明提供的方法还可以减少制造成本,提升生产效率。
应理解,上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
第三方面,本发明还提供了一种光刻设备,包含上面介绍的曲面光源的设备。
通过采用还有曲面光源的设备,对曲面光学窗口进行光刻,可以过曲面点阵光源的方式优化了曲面维度的光强均匀性,同时使紫外光可以垂直入射光刻胶,避免了光刻胶斜坡的产生从而降低了一定的剥离难度。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解: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;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种曲面光源,其特征在于,包括透明窗口、至少一组蝇眼透镜、支撑架和紫外LED灯珠;
所述透明窗口,为具有弧度的凹面窗口,当采用该曲面光源制备曲面光学窗口内的金属网栅时,所述透明窗口与所述曲面光学窗口的形状相匹配;
所述蝇眼透镜,设置在所述透明窗口的内侧,且所述蝇眼透镜的形状与所述透明窗口的形状相匹配;
所述支撑架,设置在所述蝇眼透镜的内侧,且与所述蝇眼透镜的形状相匹配,在所述支撑架上阵列布设有紫外LED灯珠;
其中,所述透明窗口、所述蝇眼透镜和所述支撑架的拱高均大于所述曲面光学窗口的拱高。
2.如权利要求1所述的曲面光源,其特征在于,所述透明窗口、所述蝇眼透镜和所述支撑架均为球缺形,且所述光学窗口的半径大于所述透明窗口的半径,所述透明窗口的半径大于所述蝇眼透镜的半径,所述蝇眼透镜的半径大于所述支撑架的半径,且所述透明窗口、所述蝇眼透镜和所述支撑架的球心的位置相同。
3.如权利要求2所述的曲面光源,其特征在于,所述透明窗口、所述蝇眼透镜和所述支撑架均为半球形。
4.如权利要求1所述的曲面光源,其特征在于,所述支撑架上布设有多个阵列的固定槽,且每个所述固定槽内均设有紫外LED灯珠。
5.如权利要求1所述的曲面光源,其特征在于,所述支撑架为由铁、铝或铜制备成的凹半球。
6.一种电磁屏蔽曲面光学窗口的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
采用设置有权利要求1至5任一项所述的曲面光源的光刻机和曲面掩膜版,对涂覆有光刻胶的曲面光学窗口进行曝光和显影,在所述光学窗口表面形成网栅图形;其中,所述涂覆有光刻胶的曲面光学窗口和所述曲面光源在曝光时同圆心,且所述涂覆有光刻胶的曲面光学窗口和所述曲面光源的形状相匹配;
在形成有网栅图形的所述光学窗口上蒸镀金属层,剥离掉多余的金属层和光刻胶,得到金属网栅电磁屏蔽曲面光学窗口。
7.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,在所述对涂覆有光刻胶的曲面光学窗口进行曝光和显影之前,还包括:
在所述曲面光学窗口上蒸镀预设厚度的增反膜;
所述对涂覆有光刻胶的曲面光学窗口进行曝光和显影,包括:
在蒸镀有增反膜的曲面光学窗口上涂覆光刻胶,采用设置有曲面光源的光刻机和曲面掩膜版,对涂覆有光刻胶的曲面光学窗口进行曝光和显影,得到驻波光刻胶条纹,并去除未被光刻胶覆盖的增反膜;
在所述剥离掉多余的金属层和光刻胶之后,还包括:
去除剩余的增反膜。
8.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述增反膜为金属铝薄膜。
9.如权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述对涂覆有光刻胶的曲面光学窗口进行曝光和显影,并去除未被光刻胶覆盖的增反膜,包括:
采用碱性显影液对曝光后的曲面光学窗口进行显影,并去掉未被光刻胶覆盖的金属铝薄膜;
所述剥离掉多余的金属层和光刻胶,得到电磁屏蔽曲面光学窗口,包括:
采用丙酮溶液浸泡并超声,剥离掉多余的金属层和光刻胶;
采用碱性显影液浸泡,去除剩余的金属铝薄膜,得到金属网栅电磁屏蔽曲面光学窗口。
10.一种光刻设备,其特征在于,包含有权利要求1至5任一项所述的曲面光源的设备。
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