一种大面积柔性可拉伸共形天线的制备方法

技术领域

本发明属于柔性天线制备技术领域，具体涉及一种大面积柔性可拉伸共形天线的制备方法。

背景技术

随着雷达天线在航天航空领域的广泛应用，传统的刚性天线受限于其体积和刚性，使得其在航天器表面的布置位置受到很大局限，容易存在探测死角。共形天线能够有效解决上述问题，共形天线是将天线单元设置于航空器机体表面，例如机身、机翼等表面，上述布置方式拓展了天线的有效布置区域，极大的减少了探测死角。

目前，共形天线的制备方法包括以下两种：一是采用转印法，即对金属材料采用激光加工形成天线图案，再将金属天线图案转印于柔性可拉伸基底表面，之后再将集成后的天线贴敷于航空器表面(An Improved Fabrication Technique for the 3-D FrequencySelective Surfa ce based on Water Transfer Printing Technology)。但是这种方法受限于印章面积，难以制备大面积的共形天线，只能采取小面积天线拼接方式来实现大面积天线的制备。拼接方法一方面限制了天线的性能；另一方面，天线拼接给天线安装带来了难度。二是直接在聚酰亚胺或者硬质电路板等基底上采用蚀刻制备金属天线图案，但这种方法制备的天线因基底材料的限制，不具备可拉伸能力，因而难以实现共形天线的应用。而如果将金属贴覆于可拉伸基底如硅橡胶表面，则因为什么无法采用激光制备天线图案，从而得到共形天线(Compact and Di rectional Printed Dipole Antenna Pair Conformedon a Conical Surface)。

因此，如何基于柔性可拉伸基底制备大面积的共形天线，就成为工程应用中急需克服的难点。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种大面积柔性可拉伸共形天线的制备方法。该方法首先创新性地制备了基于金属箔/聚酰亚胺/硅橡胶的基材，然后采用激光对表面的金属箔/聚酰亚胺进行烧蚀实现图形化，从而实现大面积共形天线的制备。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种大面积柔性可拉伸共形天线的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将金属箔依次采用酒精、去离子水超声清洗，然后干燥，再在清洗后的金属箔材表面采用热辊压方法贴覆一层热熔胶膜，将聚酰亚胺薄膜放置于热熔胶膜表面，然后进行热辊压贴合；

步骤2：对步骤1贴合后的聚酰亚胺表面进行碱处理，碱会破坏聚酰亚胺分子链结构，使得其表面产生羧基基团，从而与下一步的氨基发生反应，即在聚酰亚胺表面涂抹浓度为1-3mol/L的碱性溶液，静置10-20min；

步骤3：将步骤2碱处理后的样品浸泡在氨基活性基团的硅烷偶联剂的溶液中，其中，氨基活性基团的硅烷偶联剂的溶液浓度为0.1-0.5mol/L,浸泡时间为5-20min，浸泡结束后取出，用氮气吹干样品表面；

步骤4：在离型膜表面涂覆液态硅橡胶，并加热固化，形成硅橡胶层；

步骤5：对步骤4得到的硅橡胶表面和步骤3得到的聚酰亚胺表面进行氧等离子体处理，处理结束后将硅橡胶贴附在聚酰亚胺表面，去除离型膜，再进行烘烤，烘烤温度60-80℃，烘烤时间1-3h，得到从上至下依次为金属箔、聚酰亚胺和硅橡胶的单面复合基材；

步骤6：对步骤5得到的单面复合基材采用激光加工方法制备天线图案，使复合基材中的金属箔层和聚酰亚胺层具有相同图案结构，即可制备得到所需的共形天线。

进一步地，步骤1中金属箔的材料为铜箔、铝箔、合金箔等箔材。

进一步地，步骤1中两次热辊压的参数相同，热辊压温度为80-120℃，压力为5-14MPa；

进一步地，步骤2中的碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾等强碱性溶液。

进一步地，步骤3中氨基活性基团的硅烷偶联剂可选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷或3-氨丙基三甲氧基硅烷。

进一步地，步骤4中的涂覆工艺可采用丝网印刷技术、刮刀涂布技术或狭缝涂布技术。

进一步地，步骤6中的激光可采用紫外波段的皮秒激光或纳秒激光。

本发明还提供一种双层柔性可拉伸共形天线的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将按照上述权利要求所述制备方法得到的两个单面复合基材的硅橡胶层重合，然后加压固化，得到双面复合基材；

步骤2：对步骤1得到的双面复合基材采用激光加工方法依次对上下表面制备天线图案，使复合基材中的金属箔层和聚酰亚胺层具有相同图案结构，即可制备得到所需的共形天线。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明通过制备了金属箔/聚酰亚胺/硅橡胶的复合基材，聚酰亚胺作为金属箔层和硅橡胶层之间的增加层，使得基材能够直接采用激光的方法进行天线图案加工；同时，聚酰亚胺层和金属箔层具有相同的图案，增强了金属箔层的抗断裂能力。纯铜箔的断裂拉伸率小于5％，而PI覆铜的断裂拉伸率小于8％，即纯铜箔的力学性能远低于有PI增强的。

2.本发明通过硅烷偶联剂的的引入增强了聚酰亚胺层和硅橡胶层之间的粘附力，具体表现为：聚酰亚胺表面通过碱性溶液产生羧基，与硅烷偶联剂的氨基产生化学反应，再通过氧等离子处理使得嫁接硅烷偶联剂的聚酰亚胺和硅橡胶表面产生羟基活性基团，在贴合后产生脱水缩合反应形成化学键连接，比单纯的金属箔层与硅橡胶层或聚酰亚胺层和硅橡胶层有更强的粘合力，更加适应于共形天线的应用环境。

3.本发明在存在层间电气互连需求的双层拉伸天线制备中，通过激光钻孔-黑孔工艺-电镀工艺用以实现异层电路间的电气互连，从而实现双面柔性可拉伸共形天线的制备。

上述三点使得本发明制备方法对大多数的金属箔材都具有加工性，并且金属箔材在聚酰亚胺的增强下拉伸性能得以提升，同时制备方法能够进行大面积制备。

附图说明

图1为本发明实施例2双层柔性可拉伸共形天线的结构示意图。

图中，1为顶层天线图案层、2为顶层聚酰亚胺层、3为硅橡胶层、4为底层聚酰亚胺层和5为底层天线图案层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本发明作进一步地详细描述。

实施例1

一种单层大面积柔性可拉伸共形天线，包括以下步骤：

步骤1：将金属箔依次采用酒精、去离子水超声清洗5min，然后干燥，用以去除金属箔表面的污迹和杂质；再在清洗后的金属箔材表面采用热辊压方法贴敷一层热熔胶膜，辊压温度为120℃,压强为10MPa；最后将聚酰亚胺薄膜放置于热熔胶膜表面，并进行热辊压贴合，辊压温度为120℃,压强为10MPa；

步骤2：对步骤1贴合后的聚酰亚胺表面进行碱处理，即聚酰亚胺表面涂抹浓度为3mo l/L的氢氧化钾溶液，静置1min；

步骤3：将步骤2碱处理后的样品浸泡在浓度为0.3mol/L氨基活性基团的硅烷偶联剂的溶液中，浸泡时间为5min，浸泡结束后取出，用酒精去除多余的硅烷偶联剂并通过氮气干燥表面；

步骤4：在pet离型膜表面采用刮刀涂布技术涂覆液态硅橡胶，在60℃下固化3h，得到硅橡胶层；

步骤5：对步骤4得到的硅橡胶表面和步骤3得到的聚酰亚胺表面进行氧等离子体处理，氧等离子处理功率为180W、气源为氧气、处理时间为120s，处理结束后将硅橡胶贴附在聚酰亚胺表面，去除离型膜，再进行烘烤，烘烤温度60℃，烘烤时间3h以提高界面的稳定性，从而得到从上至下依次为金属箔、聚酰亚胺和硅橡胶的复合基材；

步骤6：对步骤5得到的复合基材采用纳秒激光加工方法制备天线图案，使复合基材中的金属箔层和聚酰亚胺层具有相同图案结构，即可制备得到所需的共形天线。

实施例2

一种双层大面积柔性可拉伸共形天线，其结构示意图如图1所示，从上至下依次为：顶层天线图案层1、顶层聚酰亚胺层2、硅橡胶层3、底层聚酰亚胺层4和底层天线图案层5。

双层大面积柔性可拉伸共形天线的制备方法，包括以下步骤：

步骤1.将按照实施例1制备方法得到两个单面复合基材的硅橡胶层重合，然后加压固化，压强为10MPa，得到双面复合基材；

步骤2：对步骤1的双面复合基材的上下表面铜/聚酰亚胺层采用纳秒激光加工制备天线图案，使复合基材中的金属箔层和聚酰亚胺层具有相同图案结构，即可制备得到所需的双层共形天线。

实施例3

按照实施例1的步骤制备单面覆铜板介质基材，仅将步骤3中氨基硅烷偶联剂溶液中的浓度调整0.3mol/L，其余步骤不变。对制备的基材进行90度剥离测试，测试得到的剥离强度为0.5N/mm。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。