一种柔性电阻膜-金属复合型频率选择表面、其制备和应用的制作方法

本发明属于柔性fss吸波结构领域，更具体地，涉及一种柔性电阻膜-金属复合型频率选择表面、其制备和应用。

背景技术：

频率选择表面(fss：frequencyselectivesurface)是一种周期性结果的装置，对入射电磁波具有选择性反射、吸收或透过功能。从结构上来说，fss分为贴片型和孔径型，对电磁波分别呈现带阻和带通特性。fss因其对入射电磁波具有选择特性，被广泛应用于微波领域。

在电磁吸波技术领域，基于fss的新型吸波结构可以实现宽带吸收，能够有效吸收电磁波能量。在电磁屏蔽领域，手机会对精密电子设备产生信号干扰，无线电波会对机场的通信环境造成干扰，因此，需要对外界的电磁波进行削减甚至屏蔽。在通信领域，mimo天线技术是移动基站的核心技术之一，半波阵子和微带天线便是贴片型fss的一种。

传统的金属型fss吸波体设计中，为了实现宽带吸波，大多焊接有集总器件，如贴片电阻、贴片电感、贴片电容等，这种制备方法生产周期长，且由于焊锡以及器件本身不能耐高温，吸波体在极端工作条件下(如贴片电容工作温度低于100℃)的稳定性较差。另一方面，传统的电阻膜型fss吸波体设计中，由于采用纯电阻膜设计，工作稳定性相对于金属型fss吸波体有所提高，但吸波体的阻抗调节范围相对较小，导致吸波带宽相对有所缩减。因此，一种稳定性高同时带宽较宽的新型吸波体显得尤为重要。

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电阻膜-金属复合型频率选择表面、其制备和应用，其通过采用丝网印刷技术将柔性电阻膜与金属频率选择表面复合，用电阻膜代替传统fss吸波体中焊接的集总器件，大大简化了fss吸波体的制备工艺流程，缩短了fss吸波体的制备周期，并有效地提高了其工作稳定性，由此解决现有的fss吸波体不能耐高温的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种柔性电阻膜-金属复合型频率选择表面的制备方法，包括如下步骤：

s1：将表面印有频率选择表面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，显露出铜质表面和频率选择表面图案；

s2：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；所述刻蚀用以除去铜质表面的铜，显露出所述覆铜板衬底层的表面，同时保留贴覆在覆铜板上的感光膜，且该感光膜呈现预先设定的频率选择表面图案；

s3：对所述刻蚀后的柔性覆铜板进行脱膜干燥处理，得到脱膜后的柔性覆铜板；脱膜后获得具有铜质表面的频率选择表面图案；

s4：采用丝网印刷技术将导电碳浆从丝网印版的网孔中挤压至所述脱膜后的柔性覆铜板表面或背面，烧结固化后得到电阻膜；所述丝网印版包含预先设计的电阻膜图案，如此将具有预先设计图案的柔性电阻膜制备在所述脱膜后的柔性覆铜板表面或背面，获得所述柔性电阻膜-金属复合型频率选择表面。

优选地，所述柔性覆铜板的衬底层材料为玻璃纤维增强环氧树脂或者聚酰亚胺。

优选地，所述柔性覆铜板的厚度为0.025mm～0.8mm，其中所述覆铜板表面覆铜层的厚度为0.01mm～0.02mm。

优选地，步骤s2对显影后的柔性覆铜板采用弱碱溶液进行刻蚀，其刻蚀温度为40℃～60℃；所述弱碱溶液为碳酸钠溶液，其浓度为30g/l～60g/l。

优选地，步骤s4具体为：

s401：将脱膜后的柔性覆铜板表面或背面朝上平放于丝网印刷工作台上，抽气固定所述柔性覆铜板；

s402：将丝网印版平放于所述柔性覆铜板上方，且与所述柔性覆铜板对齐，在一端倒入导电碳浆，用刮板对丝网印版的碳浆部位施加一定压力，同时朝丝网印版另一端匀速移动，碳浆在移动中被刮板从丝网印版的网孔中挤压到所述柔性覆铜板上，得到涂覆导电碳浆的柔性覆铜板；

s403：对涂覆导电碳浆的柔性覆铜板进行烧结固化，固化后的导电碳浆即为电阻膜，所述丝网印版包含预先设计的电阻膜图案，如此将具有预先设计图案的柔性电阻膜制备在所述脱膜后的柔性覆铜板表面或背面，获得所述柔性电阻膜-金属复合型频率选择表面。

优选地，所述导电碳浆包含碳材料和树脂，所述碳材料为炭黑、石墨烯和石墨中的一种或多种；所述树脂为环氧树脂或聚酰胺树脂；所述导电碳浆用于为柔性电阻膜-金属复合型频率选择表面提供一定的方阻，所述方阻范围为20ω～1000ω。

优选地，所述烧结固化温度为150℃～200℃，时间为30min～60min。

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电阻膜-金属复合型频率选择表面。

按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的柔性电阻膜-金属复合型频率选择表面的应用，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电阻膜-金属复合型频率选择表面。

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)本发明结合光刻、湿法刻蚀与丝网印刷技术，制备得到电阻膜-金属复合型fss，工艺操作简单，可制作应用于曲面的大面积柔性fss。已成功制备出600mm*600mm的柔性电阻膜-金属复合型fss。

(2)本发明采用丝网印刷技术将电阻膜引入fss吸波体的制备过程中，摒弃了金属制fss吸波体需要焊接器件的缺点，大大简化了fss吸波体的制备工艺流程，缩短了fss吸波体的制备周期，并有效地提高了其工作稳定性。

(3)本发明采用丝网印刷技术将电阻膜引入金属fss吸波体，可以根据需要设定丝网印版的图案，从而获得需要的电阻膜图案，电阻膜图案和金属fss图案配合，可以有效拓展吸波体的阻抗调节范围，能够在更宽的带宽范围内实现良好的阻抗匹配，从而实现宽带吸波。

(4)本发明采用丝网印刷技术将电阻膜引入fss吸波体，不仅可以将具有一定图案的电阻膜制备在金属fss表面，也可以将具有特定图案的电阻膜制备在金属fss背面，这种单双面设计能够充分体现出其应用上的灵活性，提高了其与其它技术的兼容性，大大拓展了其工程应用范围。

附图说明

图1为本发明实施例制备方法的工艺流程图；

图2为本发明实施例1的600mm*600mm单面柔性电阻膜-金属复合型fss电阻膜图案示意图；

图3为本发明实施例1的600mm*600mm单面柔性电阻膜-金属复合型fss金属图案示意图；

图4为本发明实施例2的600mm*600mm双面柔性电阻膜-金属复合型fss电阻膜图案示意图；

图5为本发明实施例2的600mm*600mm双面柔性电阻膜-金属复合型fss金属图案示意图。

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电阻膜-金属复合型频率选择表面的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

s1：将表面印有频率选择表面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，显露出铜质表面和频率选择表面图案；

s2：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，且该感光膜呈现预先设定的频率选择表面图案；

s3：对所述刻蚀后的柔性覆铜板进行脱膜干燥处理，得到脱膜后的柔性覆铜板；脱膜后获得具有铜质表面的频率选择表面图案；

s4：采用丝网印刷技术将导电碳浆从丝网印版的网孔中挤压至所述脱膜后的柔性覆铜板表面或背面，烧结固化后得到电阻膜；所述丝网印版包含预先设计的电阻膜图案，如此将具有预先设计图案的柔性电阻膜制备在所述脱膜后的柔性覆铜板表面或背面，获得所述柔性电阻膜-金属复合型频率选择表面。

一些实施例中，步骤s1显影时，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，显露出频率选择表面图案。

一些实施例中，步骤s1中，将预先设定的频率选择表面图案印在感光膜上，得到印有频率选择表面图案的感光膜；具体为：将预先设定的频率选择表面图案打印在胶片上，所述胶片透明，且能喷印上墨；然后将胶片上的图案转印至感光膜上，得到印有频率选择表面图案的感光膜；所述胶片优选为菲林胶片。

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，所述柔性覆铜板的衬底材料层材料为玻璃纤维增强环氧树脂或者聚酰亚胺。

一些实施例中，所述柔性覆铜板的厚度为0.025mm～0.2mm，其中所述覆铜板表面覆铜层的厚度为0.01mm～0.02mm。

一些实施例中，步骤s2对显影后的柔性覆铜板采用弱碱溶液进行刻蚀，所述弱碱溶液为碳酸钠溶液，其浓度为30g/l～60g/l。步骤s2对显影后的柔性覆铜板进行刻蚀为化学刻蚀，刻蚀温度为40℃～60℃。

一些实施例中，步骤s4具体为：

s401：将脱膜后的柔性覆铜板表面或背面朝上平放于丝网印刷工作台上，抽气固定所述柔性覆铜板；

s402：将丝网印版平放与所述柔性覆铜板上方，且与所述柔性覆铜板对齐，在一端倒入导电碳浆，用刮板对丝网印版的碳浆部位施加一定压力，同时朝丝网印版另一端匀速移动，碳浆在移动中被刮板从丝网印版的网孔中挤压到所述柔性覆铜板上，得到涂覆导电碳浆的柔性覆铜板；

s403：对涂覆导电碳浆的柔性覆铜板进行烧结固化，固化后的导电碳浆即为电阻膜，所述丝网印版包含预先设计的电阻膜图案，如此将具有预先设计图案的柔性电阻膜制备在所述脱膜后的柔性覆铜板表面或背面，获得所述柔性电阻膜-金属复合型频率选择表面。

本发明采用的导电碳浆可以市购获得，也可以自行配置。一些实施例中，所述导电碳浆为商用的型号为sw-760导电碳浆。其包含碳材料和树脂，所述碳材料为炭黑、石墨烯和石墨中的一种或多种；所述树脂为环氧树脂或聚酰胺树脂；所述导电碳浆用于为柔性电阻膜-金属复合型频率选择表面提供一定的方阻，所述方阻范围为20ω～1000ω。

一些实施例中，所述烧结固化温度为150℃～200℃，时间为30min～60min。

一些实施例中，所述复合型频率选择表面中电阻膜的厚度为10～30微米。

本发明还提供了一种按照所述的制备方法制备得到的柔性电阻膜-金属复合型频率选择表面。该柔性电阻膜-金属复合型频率选择表面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电阻膜-金属复合型频率选择表面。

使用时，根据不同的应用部位，可切割出不同的fss样品轮廓，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。本发明选择的柔性覆铜板能兼具柔性和应力需求。

以下为实施例：

实施例1

用于制备单面柔性电阻膜-金属复合型fss。其图案的长乘以宽为600mm*600mm，图2为电阻膜型fss图案，图3金属型fss图案。本实施例制备方法包括如下步骤：

s1：裁剪长乘以宽为650mm*650mm的0.15mm厚fr4，通过压膜机使其表面贴敷一层感光蓝膜；感光蓝膜的厚度为0.2mm。

s2：通过autocad和photoshop处理，得到图2中fss的打印图案，通过大型喷墨打印机，将fss图案打印到稍大于fss图案尺寸的菲林胶片上；

s3：通过大规模晒版机，将设计的fss图案转印到贴敷蓝膜的fr4上；

s4：对转印有频率选择表面图案的柔性fr4进行曝光；

s5：配置显影液，显影液为碳酸钠水溶液，浓度为50g/l，将曝光后的敷膜fr4放置在定制的显影槽中进行显影；

s6：待洗去多余的感光干膜，露出无fss图案的铜层，将覆铜板放置于定制的刻蚀槽中进行刻蚀。刻蚀完成后，配置脱膜液，脱膜液为氢氧化钠水溶液，浓度为20g/l，将覆铜板放置于脱膜槽进行脱膜，待感光干膜与铜层脱离，fss图案便显现出来。最后用清水冲洗干净，及时擦干，防止铜表面氧化，至此无源柔性fss制作完成；

s7：将干燥完后的覆铜板图案面朝上平放于印刷台上，开启抽气固定柔性覆铜板位置；

s8：将定制印有电阻膜型fss图案的矩形丝网印版对齐平放在柔性覆铜板上方，在其一端倒入方阻值为50ω的导电碳浆，用刮板对丝网印版的碳浆部位施加一定压力，同时朝丝网印版另一端匀速移动，碳浆在移动中被刮板从丝网印版的网孔中挤压到柔性覆铜板上；

s9：对涂覆导电碳浆的柔性覆铜板进行烧结固化，固化后的导电碳浆即为电阻膜，厚度为10～30微米，获得所述柔性电阻膜-金属复合型fss。

实施例2

用于制备双面柔性电阻膜-金属复合型fss。其图案的长乘以宽为600mm*600mm，图4为金属型fss图案，图5为电阻膜型fss图案。本实施例制备方法包括如下步骤：

s1：裁剪长乘以宽为650mm*650mm的0.15mm厚fr4，通过压膜机使其表面贴敷一层感光蓝膜；感光蓝膜的厚度为0.2mm。

s2：通过autocad和photoshop处理，得到图2中fss的打印图案，通过大型喷墨打印机，将fss图案打印到稍大于fss图案尺寸的菲林胶片上；

s3：通过大规模晒版机，将设计的fss图案转印到贴敷蓝膜的fr4上；

s4：对转印有频率选择表面图案的柔性fr4进行曝光；

s5：配置显影液，显影液为碳酸钠水溶液，浓度为30g/l，将曝光后的敷膜fr4放置在定制的显影槽中进行显影；

s6：待洗去多余的感光干膜，露出无fss图案的铜层，将覆铜板放置于定制的刻蚀槽中进行刻蚀。刻蚀完成后，配置脱膜液，脱膜液为氢氧化钠水溶液，浓度为10g/l，将覆铜板放置于脱膜槽进行脱膜，待感光干膜与铜层脱离，fss图案便显现出来。最后用清水冲洗干净，及时擦干，防止铜表面氧化，至此无源柔性fss制作完成；

s7：将干燥完后的覆铜板图案面朝下平放于印刷台上，开启抽气固定柔性覆铜板位置；

s8：将定制印有电阻膜型fss图案的矩形丝网印版对齐平放在柔性覆铜板上方，在其一端倒入方阻值为50ω导电碳浆，用刮板对丝网印版的碳浆部位施加一定压力，同时朝丝网印版另一端匀速移动，碳浆在移动中被刮板从丝网印版的网孔中挤压到柔性覆铜板上；

s9：对涂覆导电碳浆的柔性覆铜板进行烧结固化，固化后的导电碳浆即为电阻膜，厚度为10～30微米，获得所述柔性电阻膜-金属复合型fss。

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。