电磁屏蔽膜及电磁屏蔽窗的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电磁屏蔽膜的制作方法，其包括以下步骤：1)在导电基板上涂布光刻胶，然后通过光刻工艺在导电基板上形成图形结构；2)通过选择性电沉积工艺在图形结构中生长金属层，形成金属图形结构；3)通过压印工艺将金属图形结构镶嵌至柔性基底材料内，形成电磁屏蔽膜。本发明还公开了一种电磁屏蔽窗的制作方法。本发明具有高透明度、耐温性好的优点，可以满足光学窗对高屏蔽性能、高成像质量、耐温性高的电磁屏蔽膜的要求、柔性电子对电磁屏蔽薄膜弯折性能的需求以及复杂结构表面贴合对屏蔽膜超薄性的要求。
【专利说明】
电磁屏蔽膜及电磁屏蔽窗的制作方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种薄膜制作技术，具体涉及一种电磁屏蔽膜及电磁屏蔽窗的制作方法。
【背景技术】
[0002]随着现代电子工业日新月异的发展，电子类产品及无线通讯设备得以大众化应用，使电子波的应用波段不断扩展，同时强度进一步增加，使空间电磁环境日益复杂。电磁辐射污染已经被越来越多的关注，电磁波不仅干扰各种电子设备的正常运行，同时会威胁通讯设备的信息安全，严重时还会对人类的身体健康产生危害。为防止电磁波泄露，造成电磁危害，目前主要采用电磁屏蔽材料对电磁波进行屏蔽。
[0003]在不同的应用领域，对电磁屏蔽的效能提出了不同的要求。工业或商用电子设备，对屏蔽效能的要求一般在30_60dB;用于阴极管射线显示器CRT的透明电磁屏蔽材料中，要求其方阻小于300欧/方，对应电磁屏蔽效能大于30dB;而在等离子显示器TOP光学透明屏蔽材料中，就要求其表面方阻不超过2.5欧/方，对应电磁屏蔽效能大于70dB。目前，基于金属网栅的电磁屏蔽方案，可以实现较好的电磁屏蔽效果和一定的光学透过率。
[0004]随着科学技术的发展，尤其是航天航空装备等领域对光学窗等透明光学器件提出了更高的电磁屏蔽的要求。电磁屏蔽材料在微波频段的屏蔽效能要达到60-90dB，才能适用于航空航天及军用仪器设备的屏蔽，但同时要求光学透光率超过95%。要求兼顾高透光率、高屏蔽效能、耐温性好以及对光学成像质量的影响小。
[0005]中国专发明利200610084149.8“电磁波屏蔽薄膜及其制造方法”采用真空溅射镀金属层，然后利用电解电镀工艺实现金属层的加厚，通过光刻工艺形成金属网状图案的电磁屏蔽薄膜。其中金属网的金属线径在30um，金属层厚度在3.5um。
[000?]中国发明专利201410745168.5“一种金属丝网透明电磁屏蔽层材料制备方法”采用金属丝网与PET膜复合制作电磁屏蔽层。丝网的平均直径在35μπι，间距在300μπι，可实现透过率50%，电磁屏蔽效能25-46dB的透明电磁屏蔽膜。
[0007]中国发明专利201010533228.9“一种透明导电膜及其制作方法”描述了一种基于纳米压印和纳米涂布的方法实现的透明导电膜，通过纳米压印形成沟槽，在沟槽中填充纳米导电材料，再烧结形成高性能导电膜，可用于制作电磁屏蔽薄膜。在纳米导电材料烧结过程中，有机溶剂挥发，使导电材料中的金属颗粒聚集形成导电网栅结构。该方案中导电材料为低温烧结，金属颗粒间接触电阻较大，使网栅结构导电性受到影响(导电性能低于沉积形成的网栅)，从而影响该方案制作薄膜的电磁屏蔽性能。
[0008]中国发明专利201410464874.2“基于微金属网格的电磁屏蔽罩及其制备方法”通过导电浆料填充技术，形成导电网栅结构，然后采用电铸沉积微金属网格，最后把金属网格剥离形成镂空结构，并延压至凹形模具上制作电磁屏蔽罩。利用刮涂技术形成导电网络图案时，受制于导电浆料的粒径影响，网栅沟槽线宽一般在5μπι以上。并且该方案制作电磁屏蔽罩中微金属网格为凸起结构。
[0009]中国发明专利200810063988.0“一种具有双层方格金属网栅结构的电磁屏蔽光学窗”，提出采用结构参数相同的双层金属网栅平行放置于透明衬底两侧构成电磁屏蔽光学窗，可保证不降低透射率的同时，提高电磁屏蔽效率。中国专利201410051541.7 “基于三角分布相切圆环及内切子圆环阵列的电磁屏蔽光窗”，中国专利201410052260.3“基于多周期金属圆环二维正交嵌套阵列的电磁屏蔽光窗”等采用特殊设计的圆环图案实现金属网栅型光学屏蔽窗，目的是消除金属网栅的高级次衍射光对成像质量及探测结果的影响。金属网栅的制作采用真空溅射、掩膜曝光及刻蚀等工艺完成。但以上技术的制作均用真空镀膜和刻蚀设备等，线宽很难低于30μπι。
[0010]对于金属丝网与PET复合的工艺而言，金属线径一般高于几十微米，难以实现高透光率电磁屏蔽膜，而以光刻和刻蚀工艺制作金属网栅屏蔽膜，为了实现高屏蔽效能，一般在刻蚀工艺获得金属网栅后，还需通过化学镀或电镀工艺增厚金属网栅层。此时，沉积的金属层属于“自由生长”，造成网栅线径严重展宽，影响光学透光率。该工艺过程中需要真空镀膜工艺，蚀刻工艺复杂，生产成本较高，不适合规模生产对低成本的要求。且基于金属网栅制作的电磁屏蔽薄膜，采用金属网栅与柔性基材复合，通常获得的屏蔽薄膜厚度大于50um。这使得难以把该屏蔽薄膜贴合到复杂结构表面，尤其是对需要堆叠多层微尺度薄膜的情形，会产生诸多缺陷。同时，在诸多电磁屏蔽的应用环境中，对薄膜的耐温性也有苛刻要求，比如达到200度。另外，在应用于可穿戴电子、智能手机、超薄笔记本电脑等设备时，要求屏蔽膜的弯折半径小于5mm。以往金属网栅结构是贴附在柔性基底的表面，在此弯折半径下，金属网栅结构易与柔性基底分离，难以满足在柔性电子领域的应用需求。
【发明内容】
[0011]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高透明度、耐温性好的电磁屏蔽膜及电磁屏蔽窗的制作方法，可以满足光学窗对高屏蔽性能、高成像质量、耐温性高的电磁屏蔽膜的要求、柔性电子对电磁屏蔽薄膜弯折性能的需求(弯折半径小于5mm)以及复杂结构表面贴合对屏蔽膜超薄性的要求(屏蔽膜厚度仅为几个微米)。
[0012]为了达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0013]电磁屏蔽膜的制作方法，其包括以下步骤:
[0014]I)在导电基板上涂布光刻胶，然后通过光刻工艺在导电基板上形成图形结构；
[0015]2)通过选择性电沉积工艺在图形结构中生长金属层，形成金属图形结构；
[0016]3)通过压印工艺将金属图形结构镶嵌至柔性基底材料内，形成电磁屏蔽膜。
[0017]进一步地，上述的步骤3)中，具体为:将聚酰亚胺溶液涂布于导电基板上，经热固化成膜后剥离，形成电磁屏蔽膜。
[0018]可选地，上述的步骤3)中，具体为:把紫外固化胶涂布于导电基板上，并把PET薄膜覆于其上，并用紫外灯照射，紫外固化胶经照射后固化，并粘附在PET薄膜上，把PET薄膜与导电基板剥离后，获得电磁屏蔽膜。
[0019]可选地，上述的步骤3)中，具体为:把COC薄膜覆盖于导电基板上，并对其施加温度和压力，把COC薄膜和导电基板分离后，获得电磁屏蔽膜。
[0020]进一步地，在上述的步骤2)和3)之间还设有步骤21):将具有金属图形结构的导电基板置于去胶液中，将导电基板上除开金属图形结构之外的其他区域上的光刻胶去除。
[0021]进一步地，上述的图形结构为网栅结构。
[0022]进一步地，上述的网栅结构为周期排布或非周期排布。
[0023]进一步地，上述的导电基板为柔性基板或刚性基板。
[0024]电磁屏蔽窗的制作方法，其包括以下步骤:
[0025]I)在导电基板上涂布光刻胶，然后通过光刻工艺在导电基板上形成图形结构；
[0026]2)通过选择性电沉积工艺在图形结构中生长金属层，形成金属图形结构；
[0027]3)将具有金属图形结构的导电基板嵌入两片玻璃中间形成电磁屏蔽窗，或者将具有金属图形结构的导电基板附着在一片玻璃上形成电磁屏蔽窗。
[0028]进一步地，上述的具有金属图形结构的导电基板还通过溶剂型胶层复合在模具的表面进行成型。
[0029]本发明提出通过光刻技术(激光直写及紫外曝光)、选择性电沉积工艺以及纳米压印技术(热压印、膜反转技术)实现磁屏蔽薄膜。该电磁屏蔽薄膜包括线宽在300nm-10ym、网栅间距在1μπι-500μηι的金属网栅结构层，该金属网栅层的厚度在300nm-10ym，以及柔性衬底层，其中金属网栅结构层内嵌于柔性衬底中，也可内嵌于紫外固化胶层中，由紫外固化胶层粘附于柔性衬底层上。
[0030]采用本发明制作的透明电磁屏蔽膜及电磁屏蔽窗，由于金属网栅结构层由沉积过程生长形成，因此，其表面方阻仅为0.05-0.4欧/方，电磁屏蔽效能可达60dB以上。本发明金属层的沉积属于“约束生长”(约束在光刻胶形成的沟槽中)，在获得较强屏蔽效能的同时，保证了高透光率，光学透过率可超过95%。本发明采用聚酰亚胺PI材料，形成柔性衬底，制作嵌入式金属网栅型电磁屏蔽膜，除了具备优异的光学透射特性、较低的表面方阻外，突出特点是:由于微米-纳米级的金属网栅内嵌于PI柔性基底或者固化胶内部，而不是粘附在表面，因此，不容易被污染刮伤，且在弯折半径小于3mm的情形下，屏蔽膜性能的衰减小于5 %，耐温可达200度。
[0031 ]本发明与现有技术相比还具有以下优点:
[0032]I)本发明提出的利用膜反转工艺制作的电磁屏蔽薄膜，PI薄膜厚度仅为几至十几微米，可实现超薄型电磁屏蔽薄膜；
[0033]2)本发明提出的利用选择性电沉积制作电磁屏蔽膜，可制作线宽在几百纳米到微米的金属网栅结构，由于该金属网栅为沉积形成，保证电磁屏蔽膜的高透光性(大于95%)同时，实现高屏蔽效能(大于60dB)；
[0034]3)采用纳米压印技术或者热压印技术把金属网栅内嵌于固化胶或基底材料的沟槽之中，而不是粘附在表面，可实现弯折半径小于3mm的电磁屏蔽薄膜，并且表面不容易被污染刮伤；
[0035]4)与已有技术相比，本发明制作的柔性高透明度电磁屏蔽膜，不涉及真空蒸镀工艺，可使制作成本更低、效率更高。
【附图说明】
[0036]图1为本发明的电磁屏蔽膜的流程示意图。
[0037]图2a为本发明一【具体实施方式】中电磁屏蔽膜的俯视图。
[0038]图2b为本发明一【具体实施方式】中电磁屏蔽膜的侧视图。
[0039]图3为本发明另一具体实施例中电磁屏蔽薄膜的结构示意图。
[0040]图4a为本发明一具体实施例中电磁屏蔽窗的结构不意图。
[0041 ]图4b为本发明另一具体实施例中电磁屏蔽窗的结构不意图。
[0042]图4c为本发明一实施例中电磁屏蔽器件的结构示意图。
[0043]图5为本发明一具体实施例中具有非周期金属网栅的电磁屏蔽膜的结构示意图。
【具体实施方式】
[0044]下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
[0045]本实施例的技术方案综合来说是:通过微纳加工技术将微金属网格嵌入在PI材料内部，柔性好、不易刮伤，耐温高、透明度好、电磁屏蔽效能强。具体技术设计:利用光刻技术(激光直写、紫外曝光、电子束曝光等技术)，在导电基板上(金属、金属化柔性导电薄膜、IT0、FT0玻璃等导电性基材)形成网栅结构；用选择性电沉积工艺，在网栅结构中生长金属层(镍、铜、金等金属)；利用纳米压印(热压印、膜反转技术)技术把金属网栅结构镶嵌至柔性基底材料内部，制得电磁屏蔽薄膜。
[0046]本实施例的技术方案具体来说如下:
[0047]I)导电基板上预设网栅制作:根据电磁屏蔽膜的性能要求(透光率、屏蔽效能、高衍射级次消光等)，设计网栅结构的排布方式(六边形蜂窝状、正方形、平行四边形等周期排布、任意多边形非周期排布等)，网栅的线宽(300ηπι-10μπι)，网栅间距(10μπι-500μπι)等参数，然后通过微纳米结构图形化(激光直写、紫外曝光、电子束曝光等技术)技术在涂布光刻胶的导电基板上形成图形结构；
[0048]2)选择性沉积生长金属网栅层:图形化导电基板置于电沉积槽阴极，阳极放置需要沉积的金属材料，利用电沉积的选择沉积性，在显露导电基底的网栅沟槽部分有金属材料沉积，在光刻胶覆盖的区域不会形成电沉积层。通过控制附加在电极上的电流强度(500mA-50A)、沉积时间(20s_6000s)、阴极与阳极的距离(20mm-300mm)等等，可以控制金属材料的沉积厚度(300nm-10ym)；
[0049]3)嵌入式金属网栅电磁屏蔽膜制作:把沉积金属网栅层的导电基底置于去胶液中，将导电基板上的光刻胶去除，只保留沉积在导电基底上的金属网栅。利用纳米压印技术(热压印、膜反转技术等)，把导电基底上的金属网栅镶嵌于透明柔性基底内部，形成电磁屏蔽薄膜；
[0050]4)沉积层的厚度受通电时间、电流强度、电极间距的影响，且沉积层厚度越大，电导率越高。可通过调控电沉积的参数，控制沉积层的厚度(300nm-10ym)。电磁屏蔽薄膜的透过率由金属网栅部分占整部分的比例(<5% )决定，而线栅的宽度受沟槽的制约(200nm-10Mi)，可实现透过率>95%、屏蔽效能大于60dB的电磁屏蔽薄膜的制作；
[0051]5)采用膜反转技术制作的电磁屏蔽薄膜，用聚酰亚胺溶液PI涂布于沉积并去胶后的导电基底上，经热固化成膜后剥离，PI薄膜的厚度仅为几微米至十几微米(5_15μπι)。该超薄型电磁屏蔽薄膜可贴合在任何形状的复杂结构表面，制作有复杂形貌要求的电磁屏蔽器件。同时具有耐尚温特性；
[0052]6)电磁屏蔽薄膜可由纳米压印技术制作，把紫外固化胶涂布于沉积并去胶后的导电基底上，并把PET薄膜覆于其上，并用紫外灯照射。紫外胶经照射后固化，并粘附在PET衬底上。把PET与导电基底剥离后，获得镶嵌于紫外固化胶中的金属网栅型电磁屏蔽薄膜；
[0053]7)电磁屏蔽膜可由热压印技术制作，把COC薄膜覆盖于沉积并去胶后的导电基底上，并施加一定的温度(超过COC薄膜的玻璃化温度)和压力。把COC薄膜和导电基底分离后，获得嵌入COC内部的电磁屏蔽薄膜；
[0054]8)衬底可以但不限于PI，PET，PEN，C0C等柔性薄膜。由于金属线栅结构镶嵌于柔性基底上，在弯折半径小于3mm的情况下，电磁屏蔽效能衰减小于5%，并且表现出优异的抗刮擦性能。
[0055]具体到各个实施例如下:
[0056]实施例一:超薄金属网栅电磁屏蔽薄膜。制作流程如图1所示，首先根据屏蔽效能需要，设计金属网栅结构的排布方式，可以是六边形、正方形、长方形、平行四边形、三角形等周期排布，或者是任意多变形排布等，网栅的线宽(300ηπι-10μπι)，网栅间距(1-500μπι)等参数，然后通过图形化(激光直写、紫外曝光、电子束曝光等技术)技术在涂布光刻胶的导电基板上形成图形化网栅结构。图形化导电基板置于电沉积槽阴极，阳极放置需要沉积的金属材料(镍、铜、金、铝、银等)，利用电沉积的选择沉积性，阳极上的金属通过阳离子方式逐步沉积在阴极上的导电网栅沟槽中，在光刻胶覆盖的区域不会形成电沉积层。此时，导电基底上的光刻胶沟槽侧壁有一定深度(200nm-10ym)，那么阳离子的沉积过程被约束在300nm-1 Ομπι的导电沟槽中，其形状与线宽与网栅沟槽的形状与线宽相同。通过控制附加在电极上的电流强度(500mA-20A)、沉积时间(20_4000s)、阴极与阳极的距离(20_300mm)等等，可以控制金属材料的沉积厚度(300nm-3ym)。随后把沉积金属网栅层的导电基底置于去胶液中，将导电基板上的光刻胶去除，只保留沉积在导电基底上的金属网栅。接着把PI聚酰亚胺溶液涂布于该导电基底上，经热固化成膜后剥离，获得超薄金属网栅电磁屏蔽薄膜。
[0057]根据涂布方式的不同(旋涂、流延、刮涂等)，可调控PI薄膜的厚度，PI薄膜的厚度仅为几微米至十几微米(5-15μπι)。图2a，2b为该方式制作屏蔽膜的俯视图和侧视图。由于金属网栅结构I内嵌于超薄的PI薄膜2之中，使该屏蔽膜可承受半径小于20μπι的弯折。该电磁屏蔽薄膜的金属材料为镍、铜、金、铝、银等优良导体，网栅排布可以为正方形，在其它实施方式中也可以是六边形、长方形等周期和非周期排布。该超薄型电磁屏蔽薄膜可贴合在任何形状的复杂结构表面，制作有复杂形貌要求的电磁屏蔽器件。
[0058]实施例二、镶嵌于紫外固化胶中的金属网栅型电磁屏蔽薄膜。按照实施例一种的制作流程，在导电基底上通过选择性电沉积工艺制作金属网栅结构。根据设计要求，形成金属网栅的线宽(300nm-10ym)，网栅间距(10-500μηι)，金属沉积层厚度(300nm-10ym)。随后把紫外固化胶涂布于沉积并去胶后的导电基底上，并把PET薄膜覆于其上，并用紫外灯照射。紫外固化胶经光照射后固化，并粘附在PET衬底上3。把PET与导电基底剥离后，金属网栅4镶嵌于紫外固化胶中5形成电磁屏蔽薄膜，如图3所示。电磁屏蔽薄膜的透过率由金属网栅部分占整部分的比例(<5% )决定，而线栅的宽度受沟槽的制约(300ηπι-10μπι)，可实现电磁屏蔽薄膜的透过率>95%、屏蔽效能大于60dB。
[0059]在该实施方式中，使用的导电基底可以是柔性或者刚性基底，当使用柔性导电基底(柔性金属板、金属化的柔性薄膜等)时，金属网栅结构转移至PET衬底的过程中，可采用卷对卷的纳米压印方式，更适用于大幅面、高透光率、高屏蔽效能电磁屏蔽膜的制作。
[0060]实施例三、嵌入式电磁屏蔽薄膜。按照实施例一种的制作流程，在导电基底上通过选择性电沉积工艺制作金属网栅结构。根据设计要求，形成金属网栅的线宽(300ηπι-10μπι)，网栅间距(10-500μπι)，金属沉积层厚度(300ηπι-10μπι)。随后把COC薄膜覆盖于沉积并去胶后的导电基底上，并施加一定的温度(超过COC薄膜的玻璃化温度)和压力。通过热压印技术，把金属网栅嵌入COC薄膜内部。把COC薄膜和导电基底分离后，获得嵌入COC内部的电磁屏蔽薄膜。
[0061]实施例四、镂空金属网栅电磁屏蔽薄膜。按照实施例一种的制作流程，在导电基底上通过选择性电沉积工艺制作金属网栅结构。根据设计要求，可形成金属网栅的线宽(1-10μπι)，网栅间距(1-500μπι)。为使镂空金属网栅与导电基底分离，金属网栅的厚度要超过Ιμπι。镂空金属网栅6可嵌入两玻璃中间或附着在玻璃7上形成电磁屏蔽窗，如图4a、b所示。另外如图4c所示，该镂空金属网栅6可通过溶剂型胶层复合在其它任何形状的模具表面8(凹形，凸形及不规则形状等)，形成特殊形状的电磁屏蔽器件。
[0062]基于实施方式一、实施方式二、实施方式三、实施方式四制作的金属网栅电磁屏蔽薄膜实现光学屏蔽窗时，由于金属线栅的线宽一般在微米甚至亚微米量级，该结构对可见光具有较强的衍射效应。透射光中零级衍射光与高级次衍射光并存。为消除高级次衍射光对成像和探测结果产生的干扰，可通过设计金属线栅的排布方式，例如采用非周期结构的多边形排列、各方向均匀的随机排列方式等。图5为非周期多边形序列的结构示意图。此时，高级次衍射光被消除，只有零级透射光，可降低对成像质量的影响。
[0063]以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.电磁屏蔽膜的制作方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)在导电基板上涂布光刻胶，然后通过光刻工艺在所述导电基板上形成图形结构； 2)通过选择性电沉积工艺在所述图形结构中生长金属层，形成金属图形结构； 3)通过压印工艺将金属图形结构镶嵌至柔性基底材料内，形成电磁屏蔽膜。2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽膜的制作方法，其特征在于，所述步骤3)中，具体为:将聚酰亚胺溶液涂布于所述导电基板上，经热固化成膜后剥离，形成所述电磁屏蔽膜。3.根据权利要求1所述的电磁屏蔽膜的制作方法，其特征在于，所述步骤3)中，具体为:把紫外固化胶涂布于所述导电基板上，并把PET薄膜覆于其上，并用紫外灯照射，所述紫外固化胶经照射后固化，并粘附在所述PET薄膜上，把所述PET薄膜与所述导电基板剥离后，获得所述电磁屏蔽膜。4.根据权利要求1所述的电磁屏蔽膜的制作方法，其特征在于，所述步骤3)中，具体为:把COC薄膜覆盖于所述导电基板上，并对其施加温度和压力，把所述COC薄膜和所述导电基板分离后，获得所述电磁屏蔽膜。5.根据权利要求1-4任一所述的电磁屏蔽膜的制作方法，其特征在于，在所述步骤2)和3)之间还设有步骤21):将具有所述金属图形结构的所述导电基板置于去胶液中，将所述导电基板上除开所述金属图形结构之外的其他区域上的光刻胶去除。6.根据权利要求1所述的电磁屏蔽膜的制作方法，其特征在于，所述图形结构为网栅结构。7.根据权利要求6所述的电磁屏蔽膜的制作方法，其特征在于，所述网栅结构为周期排布或非周期排布。8.根据权利要求1所述的电磁屏蔽膜的制作方法，其特征在于，所述导电基板为柔性基板或刚性基板。9.电磁屏蔽窗的制作方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)在导电基板上涂布光刻胶，然后通过光刻工艺在所述导电基板上形成图形结构； 2)通过选择性电沉积工艺在所述图形结构中生长金属层，形成金属图形结构； 3)将具有所述金属图形结构的所述导电基板嵌入两片玻璃中间形成电磁屏蔽窗，或者将具有所述金属图形结构的所述导电基板附着在一片玻璃上形成电磁屏蔽窗。10.根据权利要求1所述的电磁屏蔽窗的制作方法，其特征在于，具有所述金属图形结构的所述导电基板还通过溶剂型胶层复合在模具的表面进行成型。
【文档编号】H05K9/00GK106061218SQ201610412201
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】刘艳花, 陈林森, 王波, 沈悦, 周云, 周小红, 叶燕, 方宗豹
【申请人】苏州大学, 苏州苏大维格光电科技股份有限公司