一种柔性渐变电阻膜、其制备方法和应用与流程

本发明属于柔性渐变电阻膜吸波材料领域，更具体地，涉及一种柔性渐变电阻膜、其制备方法和应用。

背景技术：

渐变电阻膜是一种单元尺寸和周期间距随位置呈函数关系变化的阵列结构，对入射电磁波具有反射、吸收或透过功能。类似于频率选择表面(fss：frequencyselectivesurface)。

渐变电阻膜通过逐渐改变连续单元的几何形状，可以获得阻抗特性的梯度变化，实现由金属阻抗到自由空间阻抗的平滑过渡，从而减少由于阻抗不连续带来的反射问题，能够有效降低雷达散射截面。

渐变电阻膜图案通过加工覆铜板(fr4、聚四氟乙烯等)制作而成。实际应用时，多应用于曲面环境，目前柔性的渐变电阻膜的制作仅限于小面积，主要应用在超宽带天线设计上，用于提高天线带宽，降低旁瓣辐射。

因此柔性渐变电阻膜的制作至关重要，尤其是大面积柔性电阻膜tps的制备。

现有的柔性渐变电阻膜通常采用丝网印刷、电喷印、涂覆方法制备得到，其制备得到的电阻膜中仅仅使用了一种材料。制备样品材料单一，尺寸过小等缺陷，限制了电阻膜的应用。

传统贴片技术制备吸波蒙皮容易造成大量褶皱、接缝，导致应用结构的曲面外形的周期连续性被破坏，增加应用结构的雷达散射截面，劣化应用结构的隐身效果。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种柔性渐变电阻膜、其制备方法和应用，其通过有机结合印刷电路板的制作方法和改进的丝网印刷方法制备柔性渐变电阻膜，克服了传统贴片技术制备样品造成的褶皱和接缝问题，同时解决了传统频率选择表面难以实现阻抗渐变的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种柔性渐变电阻膜的制备方法，包括如下步骤：

s1：将设定的渐变电阻膜图案印在感光膜上，得到印有渐变电阻膜图案的感光膜；

s2：将印有渐变电阻膜图案的感光膜贴覆在柔性覆铜板上，依次进行曝光和显影，得到显影后的柔性覆铜版，其中未被光照的感光膜区域被显影去除，显露出铜质表面；被光照的区域感光膜保留，显露出渐变电阻膜的图案；

s3：对显影后的柔性覆铜板进行刻蚀，得到刻蚀后的柔性覆铜板；所述刻蚀以除去铜质表面的铜，显露出所述覆铜板衬底表面，同时保留贴覆在覆铜板上的感光膜，且该感光膜呈现设定的渐变电阻膜的图案；

s4：在获得的柔性覆铜板的表面涂覆浆料状电阻膜，烧结使所述浆料状电阻膜固化；然后对烧结后的柔性覆铜板进行脱模，脱去感光膜以及其表面的电阻膜，显露出设定的渐变电阻膜的图案的铜质表面；

s5：对显露出设定的渐变电阻膜的图案的铜质表面进行部分刻蚀，除去部分铜质表面，除去铜质表面的部分显露出覆铜板衬底表面，未刻蚀除去铜质表面的部分仍表现为铜质表面，余下的区域表面为电阻膜，得到包含铜质表面、覆铜板衬底表面以及电阻膜表面的柔性渐变电阻膜。

优选地，步骤s3得到刻蚀后的柔性覆铜板以后，在步骤s4之间还包括步骤：

脱去贴覆在覆铜板上的感光膜，重复步骤s1和s2一次。

优选地，步骤s1所述感光膜为感光蓝膜或感光胶。

优选地，步骤s1具体为：

s101：将设定的渐变电阻膜图案打印在胶片上，所述胶片透明，且能喷印上墨；

s102：将胶片上的图案转印至感光膜上，得到印有渐变电阻膜图案的感光膜。

优选地，步骤s101所述胶片为菲林胶片。

优选地，所述覆铜板的衬底层为玻璃纤维增强环氧树脂或者聚酰亚胺膜。

优选地，所述覆铜板的衬底层的厚度为0.025mm～0.8mm。

优选地，所述刻蚀为化学刻蚀方法。

按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的制备方法制备得到的柔性渐变电阻膜，所述柔性渐变电阻膜表面包含三种不同材质，即铜质表面、覆铜板衬底表面以及电阻膜表面。

按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的柔性渐变电阻膜的应用，用于制备电磁吸波装置。

按照本发明的另一个方面，提供了一种电磁吸波装置，其功能层包括所述的柔性渐变电阻膜。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明柔性渐变电阻膜的制备方法为：先将柔性渐变电阻膜图案打印在胶片上，再通过转印方式将图案转印至柔性覆铜板上，对柔性覆铜板进行曝光、显影以及刻蚀，获得渐变周期表面的铜质部分，再通过涂覆电阻膜、烧结以及部分刻蚀，获得同时包含铜质表面、电阻膜表面以及覆铜板衬底表面三种渐变周期表面柔性渐变电阻膜。制作过程结合了印刷电路板和丝网印刷的部分工艺，工艺成熟，操作简单，可制作应用于曲面的大面积柔性渐变电阻膜，已成功制备出600mm×600mm的柔性渐变电阻膜。

(2)本发明为了避免第一次曝光、显影以及刻蚀后，由于感光膜在刻蚀过程中发生翘曲、脱落导致后续电阻膜涂覆效果不好，进而影响渐变电阻膜的制备，本发明优选实施例中通过二次或多次曝光、显影、刻蚀后再进行电阻膜的涂覆、烧结以及部分刻蚀，获得具有三种渐变周期表面的柔性渐变电阻膜。

(3)本发明提供的柔性渐变电阻膜包含三种渐变周期表面，分别为铜质表面、电阻膜材质表面和覆铜板刻蚀除去铜以后的衬底表面，多种表面相结合，能够更好实现吸波结构的阻抗平滑过渡到自由空间阻抗，减小由于边缘阻抗突然截断带来的雷达散射截面增大的问题。

(4)本发明制备得到的渐变电阻膜由于在柔性覆铜板上进行操作，柔性覆铜板具有柔性衬底，获得的渐变电阻膜具有柔性，可以解决柔性电阻膜在曲面物体表面的应用技术问题，适合吸波结构的制备。

(5)将本发明提供的柔性渐变电阻膜用作吸波装置的功能吸波层，由于包含三种渐变周期表面，通过设计能够实现从功能吸波层到自由空间的阻抗平滑过渡，有效改善由于无渐变电阻膜时阻抗突然截断带来的雷达散射截面抬升问题，降低结构的雷达散射截面，提高其隐身效果。

(6)本发明将印刷电路板的制作工艺与丝网印刷制作工艺相结合，提出了本发明的一种柔性渐变电阻膜的制备方法，但两种制作工艺的结合并非任意简单叠加，而是在结合的顺序、结合时单独工艺步骤的设计和选择上都有所调整。比如并没有直接先丝网印刷，而是先通过印刷电路板的转印、曝光、显影、刻蚀获得含有包含衬底表面和感光膜的覆铜板，然后再整体刷涂电阻膜，烧结固化电阻膜以后脱模，最后部分刻蚀获得含有铜质表面、衬底表面和电阻膜三种表面的渐变电阻膜，且第一次刻蚀显露的衬底表面仅刷涂电阻膜以后变成了最终柔性渐变电阻膜的电阻膜表面，脱去感光膜再部分刻蚀以后才重新获得铜质表面和衬底表面；其中为了获得多种表面、图案式的渐变电阻膜，与传统的丝网印刷采用丝网印版刷涂电阻浆料工艺不同，本发明直接在经过特定处理工艺的覆铜板表面整体表面刷涂电阻膜，而不是采用图案化丝网印版刷涂，本发明柔性渐变电阻膜的制备为印刷电路板方法和改进的丝网印刷方法的有机结合。

附图说明

图1是本发明柔性渐变电阻膜制备方法工艺流程图；

图2是本发明实施例制得的柔性渐变电阻膜的图案示意图。

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，以下结合附图及实施例，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的一种柔性渐变电阻膜的制备方法，采用类似印刷电路板的方式制备，具体包括如下步骤：

s1：将设定的渐变电阻膜图案印在感光膜上，得到印有渐变电阻膜图案的感光膜；

s2：将印有渐变电阻膜图案的感光膜贴覆在柔性覆铜板上，依次进行曝光和显影，得到显影后的柔性覆铜版，其中未被光照的感光膜区域被显影去除，显露出铜质表面，被光照的区域感光膜保留，显露出渐变电阻膜的图案；

s3：对显影后的柔性覆铜板进行刻蚀，得到刻蚀后的柔性覆铜板；所述刻蚀以除去铜质表面的铜，显露出所述覆铜板衬底表面，同时保留贴覆在覆铜板上的感光膜，且该感光膜呈现设定的渐变电阻膜的图案；

s4：对获得的柔性覆铜板的表面涂覆浆料状电阻膜，烧结使所述浆料状电阻膜固化；然后对烧结后的柔性覆铜板进行脱模，脱去感光膜以及其表面的电阻膜，显露出设定的渐变电阻膜的图案的铜质表面；

s5：对显露出设定的渐变电阻膜的图案的铜质表面进行部分刻蚀，除去部分铜质表面，除去铜质表面的部分显露出覆铜板衬底表面，未刻蚀除去铜质表面的部分仍表现为铜质表面，余下的区域表面为电阻膜，如此得到完整的柔性渐变电阻膜。

仅进行一次曝光、显影和刻蚀后，湿法刻蚀过程中感光膜有可能发生部分翘曲或脱落，为了避免这种现象影响后续电阻膜的涂覆和制备，一些优选实施例中，步骤s3得到刻蚀后的柔性覆铜板以后，在步骤s4之间还包括步骤：

脱去贴覆在覆铜板上的感光膜，重复步骤s1和s2一次。然后直接进行步骤s4，这样得到的感光膜贴覆良好。

一些实施例中步骤s301中脱去感光膜，一般采用碱液溶解洗去该感光膜，碱液比如氢氧化钠溶液。

本发明采用的感光膜可以为各种感光的膜片或胶片，类似于光刻胶的作用。一些实施例中，步骤s1所述感光膜为感光蓝膜或感光胶。

一些实施例中，步骤s1具体为：

s101：将设定的渐变电阻膜图案打印在胶片上，所述胶片透明，且能喷印上墨；

s102：将胶片上的图案转印至感光膜上，得到印有渐变电阻膜图案的感光膜。

一些实施例中，步骤s101所述胶片为菲林胶片。

本发明采用的覆铜板为柔性覆铜板，其包含柔性衬底层和表面的铜质层，一些实施例中，该柔性覆铜板使用的是商用fr4或pi膜，该铜质层的厚度为0.18mm。所述覆铜板的衬底层为柔性的玻璃纤维增强环氧树脂或者聚酰亚胺膜。

可以根据实际需要确定覆铜板的衬底层的厚度。一些实施例中，所述覆铜板的衬底层的厚度为0.025mm～0.8mm。

本发明步骤s2采用的曝光和显影工艺可选择常规的曝光和显影工艺，比如采用打印的方法，以带有遮光图案的菲林胶片作为掩膜版，用晒版机进行曝光，采用湿法刻蚀技术，在碳酸氢钠溶液中进行显影。

本发明所述的刻蚀方法为化学刻蚀方法，包括干法或湿法刻蚀，一些实施例中，优选为湿法刻蚀。

本发明涂覆的浆料状电阻膜为丝网印刷方法中常规采用的阻性墨水，本发明一些实施例中，其浆料的成分为由炭基材料、高阻剂、粘合剂等构成。浆料按需求通过不同配比的炭基材料和高阻剂混合而成。

本发明步骤s5对显露出设定的渐变电阻膜的图案的铜质表面进行部分刻蚀，除去部分铜质表面，除去铜质表面的部分显露出覆铜板衬底表面，未刻蚀除去铜质表面的部分仍表现为铜质表面，余下的区域表面为电阻膜，如此得到完整的柔性渐变电阻膜。部分刻蚀时可以根据渐变电阻膜图案设计的需要进行部分刻蚀，以更好地实现阻抗的平滑过渡和渐变特性。

本发明提供了一种柔性渐变电阻膜，其按照上述制备方法制备得到的。该柔性渐变电阻膜可用于制备电磁吸波装置。

本发明还提供了一种电磁吸波装置，其功能层包括本发明所述的柔性渐变电阻膜。

本发明方法制备的柔性渐变电阻膜可针对雷达吸波结构，制备出600mm×600mm甚至更大面积的柔性渐变电阻膜。实际工程应用中，可针对不同频段的吸波需求，分别设计制作出不同的电阻膜图案，以在需求频段展现阻抗过渡，降低雷达散射截面。

根据不同的应用部位，可切割出不同的渐变电阻膜样品轮廓，根据使用需求制作不同形状规格，以满足平面贴片和曲面贴片需求。

在工程实践中，还发现覆铜板衬底层为0.15mm厚的玻璃纤维增强环氧树脂(简称fr4)或覆铜板衬底层为0.025mm厚的聚酰亚胺膜(简称pi膜)时，覆铜板能兼具柔性和应力需求。

本发明方法实现了大面积柔性电阻膜tps的加工，可应用于曲型表面，保证低rcs特性有满足实际使用的应力需求。

为了进一步说明本方法，下面结合具体实施例详细阐述。

以下为实施例：

实施例1

一种如图2所示的渐变电阻膜，其图案为长乘以宽为600mm×261mm的图案。其制备方法包括如下步骤：

s1：通过autocad处理，得到图2中渐变电阻膜的打印图案，通过大型喷墨打印机，将设定的渐变电阻膜图案打印在菲林胶片上；

s2：裁剪稍大于图2所示尺寸的0.15mm厚的fr4覆铜板，在柔性覆铜板上贴覆感光蓝膜；

s3：将胶片上的图案转印至覆有感光蓝膜的柔性覆铜板上；

s4：对转印有图案的柔性覆铜板用晒版机进行曝光；

s5：配置显影液，对曝光后的柔性覆铜板进行显影，其中未被光照的感光膜区域被显影去除，显露出铜质表面，被光照的区域感光膜保留，显露出渐变电阻膜的图案；

s6：对显影后的柔性覆铜板进行刻蚀，对刻蚀后的柔性覆铜板进行脱模，以获得设定的渐变电阻膜图案的铜质部分，本步骤中，可采用化学刻蚀的方法进行刻蚀；

s7：由于刻蚀过程中感光蓝膜边缘处有脱落现象，因此重复s2至s5步骤，以获得设定的渐变电阻膜的电阻膜部分图案；

s8：在显影后的柔性覆铜板上用涂覆器涂覆电阻膜，所用电阻膜浆料的成分为炭基材料、高阻剂、粘合剂等，其为常规采用的电阻膜浆料。浆料可按需求通过不同配比的炭基材料和高阻剂混合而成；

s9：对涂覆电阻膜的柔性覆铜板进行烧结，以获得性能稳定的渐变电阻膜；

s10：对烧结后的柔性覆铜板进行脱模，用氢氧化钠溶液洗掉无电阻膜图案上的感光蓝膜；

s11：对脱模后的柔性覆铜板的部分铜质部分进行部分刻蚀，以去除多余的铜质部分，获得完整的柔性渐变电阻膜。得到的柔性渐变电阻膜包含三种渐变周期表面，分别为铜质表面、电阻膜材质表面和覆铜板刻蚀除去铜以后的衬底表面。

可将本发明的柔性渐变电阻膜装备于共形吸波结构，用于解决边缘不连续造成的电磁波散射问题。

实施例2

一种柔性渐变电阻膜，其图案为长乘以宽为600mm×261mm的图案。其制备方法包括如下步骤：

s1：通过autocad处理，得到渐变电阻膜的打印图案，通过大型喷墨打印机，将设定的渐变电阻膜图案打印在菲林胶片上；

s2：裁剪稍大于图2所示尺寸的0.025mm厚的pi膜覆铜板，在柔性覆铜板上贴覆感光蓝膜；

s3：将胶片上的图案转印至覆有感光蓝膜的柔性覆铜板上；

s4：对转印有图案的柔性覆铜板用晒版机进行曝光；

s5：配置显影液，对曝光后的柔性覆铜板进行显影，以显露出渐变电阻膜的无铜质部分图案；

s6：对显影后的柔性覆铜板进行刻蚀，对刻蚀后的柔性覆铜板进行脱模，以获得设定的渐变电阻膜图案的铜质部分，本步骤中，可采用化学刻蚀的方法进行刻蚀；

s7：重复s2至s5步骤，显影后，以获得设定的渐变电阻膜的电阻膜部分图案；

s8：在显影后的柔性覆铜板上用涂覆器涂覆电阻膜；

s9：对涂覆电阻膜的柔性覆铜板进行烧结，以获得性能稳定的渐变电阻膜；

s10：对烧结后的柔性覆铜板进行脱模，用氢氧化钠溶液洗掉无电阻膜图案上的感光蓝膜；

s11：对脱模后的柔性覆铜板的部分铜质部分进行部分刻蚀，以去除多余的铜质部分，获得完整的柔性渐变电阻膜。得到的柔性渐变电阻膜包含三种渐变周期表面，分别为铜质表面、电阻膜材质表面和覆铜板刻蚀除去铜以后的衬底表面。

可将本发明的柔性渐变电阻膜装备于共形吸波结构，用于解决边缘不连续造成的电磁波散射问题。

如何将三种不同材质表面制备在同一衬底上是本发明的难点。为了克服这一难点，发明过程中尝试了多种技术手段，最终采用丝网印刷技术-印刷电路板工艺相互结合的方法，成功制备具有三种材质表面的渐变电阻膜。多种方法相结合，实现制备非单一材质表面的目标。

本发明未详细列举的方法步骤工艺参数均可参考现有技术常规的制作工艺。本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。