在红外玻璃深表面实现宽波段电磁屏蔽网栅的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电磁屏蔽，特别是一种内嵌式双层金属宽波段电磁屏蔽网栅的制作方 法。 技术背景
[0002] 随着日益复杂的空间电磁环境，遥测遥感，医疗诊断，保密通讯，航空航天装备等 领域的光学窗口存在着严重的电磁干扰问题，不仅有来自宇宙射线，卫星通信，电视广播等 外部的电磁波信号对系统内部工作器件产生干扰，还会使得内部的电磁信号泄露到系统外 部，对外界产生影响。由于光学窗口对电磁波的通透性，在军事应用上将会成为战机暴露的 重要因素之一。随着现代军事要求的提高，要求光学窗口的耐磨性，以及耐热冲击性足够 好，使之能够在恶劣环境下保证电磁屏蔽效果，各强国都在积极探求能满足苛刻环境适用 性要求的高性能电磁屏蔽红外材料和技术。
[0003] 光学窗口的宽波段电磁屏蔽的解决方案主要是通过在光学窗口表面制作一层金 属网栅来实现。
[0004] 专利93242068. 0 "电磁屏蔽玻璃"和专利200610010066. 4 "具有圆环金属网栅结 构的电磁屏蔽光学窗"是采用金属网栅作为电磁屏蔽的核心结构，都是采用光刻技术或者 普通的粘合技术，使得金属结构附着在光学窗的表面，或者将金属网栅夹在两层光学介质 之间来实现的。但是这种在材料表面外部的电磁屏蔽金属网栅在应用于新型战机以及新一 代超高音速系统上存在着牢固度，耐磨性等问题；而将金属网栅夹在两层光学介质之间能 够解决牢固度，耐磨性问题，但是这样的"三明治"结构会影响光学窗口的透光率，对新型系 统的成像带来影响；且这种造价昂贵的金属网栅一旦损坏，则不可修复。但是这种单一的导 电性良好的金属网栅只能屏蔽高频的电磁波，而对于机器系统电磁兼容性所需要的MHz的 电磁屏蔽则不能满足要求。
[0005] 中国专利CN202503867公开了一种用铁铜同轴金属丝编织的电磁频闭视窗的，实 现电磁频闭视窗从低频到高频的宽频段屏蔽。但是这种丝网只能采用"三明治"结构夹在 两层介质中间使用，工艺复杂，并且对新型系统的成像带来影响。
[0006] 美国专利US6379589B1公开了一种由铁磁体，金属和有机导电材料组成的颗粒， 该颗粒可以分布在有机膜中，这种有机膜可以实现低频到高频的宽频宽屏蔽。但是这种颗 粒不能够用于光窗的屏蔽，且含有颗粒的有机膜的耐磨性，耐热性能较差，不适合苛刻环境 下使用。
[0007] 专利200710013530. 4 "利用飞秒激光实现玻璃表面选择性金属化的方法"在玻璃 上涂一层硝酸银薄膜，利用飞秒激光辐照玻璃在其表面有选择性地形成Ag颗粒，再利用化 学镀铜的工艺实现玻璃表面激光辐照部位的金属化。该发明公开的技术方案可用于制造内 嵌式电磁屏蔽光窗，这种内嵌式电磁屏蔽光窗具有结合强度高、耐磨性好等优点。但是该方 法需要在玻璃表面涂覆一层硝酸银薄膜，工艺相对比较复杂；且加工速度较慢，飞秒激光扫 描速度最快只有100Um/s，对于几百毫米量级的红外光窗来说，存在加工周期较长，时间成 本大的缺点。
[0008] 专利201310380357. 2 "内嵌式金属网栅的电磁屏蔽光窗的制备方法"通过飞秒激 光刻蚀、热处理以及镀铜实现了内嵌式单层金属网栅的制备。该发明采用250kHz高重频飞 秒激光，大大提高了加工速度，但是其需要对样品进行热处理才能进行后续的镀铜，工序复 杂，且热处理容易使得光窗的面型发生形变。
【发明内容】
[0009] 为了解决现有技术制造内嵌式金属网栅电磁屏蔽光窗的过程需要在激光刻蚀之 后进行热处理，导致制造工艺复杂的缺点，本发明提供一种红外玻璃深表面实现宽波段电 磁屏蔽网栅的方法，简化了制造内嵌式电磁屏蔽网栅的过程，该方法能够在红外光窗深表 面实现内嵌式双层金属网栅，以达到宽波段电磁屏蔽的效果。本发明方法适用于遥感遥测、 医疗诊断、保密通讯、航天航空等窗口电磁屏蔽。
[0010] 本发明的技术解决方法如下：
[0011] 1、一种在红外玻璃深表面实现宽波段电磁屏蔽网栅的方法，所述的红外玻璃的重 量百分比组分为：
[0012] 18Ge02 _ 26Ga203-46Ba0-3. 5Al203-4Na2C03-(2. 5-x)BaCl2-XAgNO3,其中掺杂的银离 子含量X为0. 5?2,特征在于该方法包含如下步骤：
[0013] ①飞秒激光刻蚀微结构：利用飞秒激光在掺银离子的红外玻璃表面扫描刻蚀，形 成电磁屏蔽网栅凹槽；该凹槽的线宽为5?10ym，深度为5?10ym，周期小于电磁屏蔽的 电磁波段的最小波长的二分之一；
[0014] ②镀铜：将具有电磁屏蔽网栅凹槽的红外玻璃放入化学镀铜溶液中进行镀铜 0. 5?1. 5小时，在微结构凹槽内沉积一层金属铜；
[0015] ③清洗：将在微结构凹槽内沉积一层金属铜的红外玻璃依次放入酒精和去离子水 中，各超声3?5分钟，再用去离子水冲洗2?3遍；
[0016] ④钯活化：将完成步骤③的红外玻璃放入钯活化剂中，在铜表面沉积一层活化钯， 作为后续镀镍的活化媒介；
[0017] ⑤清洗：将沉积一层活化钯的红外玻璃依次放入酒精和去离子水中各超声3?5 分钟，再用去离子水冲洗2?3遍；
[0018] ⑥镀镍：将完成步骤⑤的红外玻璃放入化学镀镍溶液中进行镀镍0. 5?1. 5小时， 在微结构凹槽内沉积一层金属镍；
[0019] ⑦清洗：将完成步骤⑥的红外玻璃依次放入酒精和去离子水中各超声3?5分钟， 再用去离子水冲洗2?3遍，获得具有宽波段电磁屏蔽网栅的红外玻璃。
[0020] 2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所采用的飞秒激光的重复频率为 1MHz，单脉冲能量为1?4yJ，聚焦物镜的N.A.范围为0. 15?0. 8,激光扫描速度为2? 20mm/s〇
[0021] 本发明的技术效果：
[0022] 本发明简化了现有技术需要在激光刻蚀之后进行热处理的过于复杂的技术方案， 本发明制造的宽波段电磁屏蔽网栅具有良好的低频和高频电磁屏蔽效能，且具有良好的牢 固度，耐磨性能。
【具体实施方式】
[0023] 下面通过实施例对本发明做详细说明。
[0024] 实施例1
[0025]采用的飞秒激光重复频率为IMHz，单脉冲能量为I. 5yJ，聚焦物镜为IOx(N.A.= 0. 3)，激光扫描速度为2mm/s，采用的玻璃组分为：
[0026] 18Ge02-26Ga203-46Ba0-3. 5Al203-4Na2C03-l. 5BaCl2-lAgN03 (wt% )。
[0027] 在红外玻璃表面加工出方形网格状周期性凹槽，其周期为400ym，宽度为IOym， 深度为5ym，
[0028] 然后用硫酸铜化学镀铜液进行镀铜1小时，在红外玻璃表面的凹槽内生长出了一 层金属铜；
[0029] 对样品进行清洗后，将样品放入钯活化剂中进行活化3分钟；
[0030] 取出样品后进行清洗，再将样品放入硫酸镍化学镀镍溶液中进行镀镍0. 5小时； 将样品取出后清洗掉残余镀液。
[0031] 该金属网栅在200MHz?IGHz的波段内的平均电磁屏蔽效果达到-15dB，在1? 18GHz的波段内的平均电磁屏蔽效果达到-20dB，且该网栅的牢固度通过了苛刻环境测试； 实施例中所使用的硫酸铜化学镀铜液是商用的，配比为：硫酸铜l〇g/L，E：DTA2Na25g/L，氢 氧化钠15§/1，2,2联吡啶/10-60.1§/1，浓度为37%的甲醛20%(体积比）；实施例中所使 用的钯活化液组分配比为：硫酸钯l〇〇ml/L，硫酸80ml/L;实施例中所使用的硫酸镍化学镀 镍液配比为：硫酸镍50ml/L，次磷酸二钠140ml/L，商用稳定剂5ml/L;
[0032] 实施例2至实施例10具体实施过程同实施例1，区别在于飞秒激光单脉冲能量，聚 焦物镜，扫描速度，网栅周期，镀铜时间以及镀镍时间有所不同。
[0033] 实施例1至实施例10的加工参数如表1所示。
[0034] 表1实现不同屏蔽效果的双层金属网栅加工参数：
[0035]
【主权项】
1. 一种在红外玻璃深表面实现宽波段电磁屏蔽网栅的方法，所述的红外玻璃的重量百 分比组分为： 18Ge02 _ 26Ga203-46Ba0-3. 5Al203-4Na2C03-(2. 5-x)BaCl2-xAgN03,其中掺杂的银离子含 量x为0. 5?2,特征在于该方法包含如下步骤： ① 飞秒激光刻蚀微结构：利用飞秒激光在掺银离子的红外玻璃表面扫描刻蚀，形成电 磁屏蔽网栅凹槽；该凹槽的线宽为5?10ym，深度为5?10ym，周期小于电磁屏蔽的电磁 波段的最小波长的二分之一； ② 镀铜：将具有电磁屏蔽网栅凹槽的红外玻璃放入化学镀铜溶液中进行镀铜〇. 5? 1. 5小时，在微结构凹槽内沉积一层金属铜； ③ 清洗：将在微结构凹槽内沉积一层金属铜的红外玻璃依次放入酒精和去离子水中， 各超声3?5分钟，再用去离子水冲洗2?3遍； ④ 钯活化：将完成步骤③的红外玻璃放入钯活化剂中，在铜表面沉积一层活化钯，作为 后续镀镍的活化媒介； ⑤ 清洗：将沉积一层活化钯的红外玻璃依次放入酒精和去离子水中各超声3?5分钟， 再用去离子水冲洗2?3遍； ⑥ 镀镍：将完成步骤⑤的红外玻璃放入化学镀镍溶液中进行镀镍〇. 5?1. 5小时，在微 结构凹槽内沉积一层金属镍； ⑦ 清洗：将完成步骤⑥的红外玻璃依次放入酒精和去离子水中各超声3?5分钟，再用 去离子水冲洗2?3遍，获得具有宽波段电磁屏蔽网栅的红外玻璃。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于所采用的飞秒激光的重复频率为1MHz，单 脉冲能量为1?4yJ，聚焦物镜的N.A.范围为0. 15?0. 8,激光扫描速度为2?20mm/s。
【专利摘要】一种在红外玻璃深表面实现宽波段电磁屏蔽网栅的方法，该方法包含以下几个步骤：①飞秒激光刻蚀微结构；②镀铜；③清洗；④钯活化；⑤清洗；⑥镀镍；⑦清洗。该方法能够实现双层电磁屏蔽网栅的集成，同时实现低频和高频电磁波的屏蔽。本发明适用于遥感遥测、医疗诊断、保密通讯、航天航空等窗口电磁屏蔽。
【IPC分类】C03C3-23, H05K9-00, C03C17-40
【公开号】CN104602504
【申请号】CN201510017236
【发明人】居永凤, 张龙, 蔡猛, 姜雄伟, 李奇松, 白正元
【申请人】中国科学院上海光学精密机械研究所, 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月14日