一种超薄抗EMI薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超薄抗EMI薄膜及其制备方法，其主要结构为基材/金属反射层/复合梯度层。超薄的复合梯度层具有磁性颗粒弥散在介电体基体中的结构，且沿着薄膜厚度方向呈现梯度分布，有利于实现阻抗匹配，提高适用频率和抗EMI效率。利用本发明专利技术，可以制备厚度12um以下的超薄抗EMI薄膜，并且可以在1GHz以上的频段内具有良好的抗EMI性能，十分有利于电子产品的小型化、集成化。

【技术实现步骤摘要】
一种超薄抗EMI薄膜及其制备方法
本专利技术涉及一种超薄抗EMI薄膜及其制备方法，属于电子元器件新材料新工艺领域。
技术介绍
电磁干扰（EMI）是一种普遍存在的电磁污染源。电子器件在交流状态下，会向环境辐射电磁波，从而会对周边电子部件或产品造成干扰。随着电子技术快速发展，电子产品的功能越来越强大，要求器件集成度、工作频率越来越高，同时需要将设备小型化，使得EMI的问题愈来愈突出，严重影响到器件的正常工作。迫切需要具有轻、薄、宽频带特性的抗EMI材料。抗EMI包括电磁屏蔽和电磁波吸收两种途径，前者将需要保护的器件隔离起来，电磁波本身还会在空间中多次反射，影响其他未隔离的器件；后者则是将电磁波直接吸收，彻底消除电磁波的干扰。传统的电磁吸波材料为高磁导率铁氧体磁环、平板复合材料、涂层等，这些材料要获得有效的吸波和抗EMI效果，往往需要毫米以上的厚度，无法在平板显示、柔性线路板、便携式穿戴设备等高精尖电子产品中使用。新型的吸波材料采用片状FeSiAl粉末和压延工艺，使得吸波材料的厚度降低到最低50μm，能够在MHz的范围内获得较好的吸波性能，且已经实现了商业化生产，但是近年来随着5G通信和高频功率器件的发展，电子产品所面临的电磁污染频段涉及到KHz~GHz的频段，上述吸波材料已经无法满足电子器件轻薄化和高频化的抗EMI要求。总结来说，现有技术存在以下不足之处：1、难以实现GHz高频下的抗EMI效果；2、对于单层吸波材料，难以实现阻抗匹配，且吸收频带很窄，只能针对特殊频率实现有效吸收；3、多层材料可以解决阻抗匹配，但是设计加工困难，层与层之间结合力难以保证；4、磁导率偏低，厚度偏厚，在精密器件中应用受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有抗EMI材料的上述问题，提供一种超薄抗EMI薄膜及其制备方法。为了达到上述目的，本专利技术是通过如下步骤来实现的:一种超薄抗EMI薄膜，其结构为基材/金属反射层/复合梯度层。所述的基材为PE、PVC、PET、OPP、PP、PA、PC、PU、PPO、PI、PTFE、铜箔、铝箔、锡箔中的一种，或玻璃基板，或电子元器件。优选的，PE、PVC、PET、OPP、PP、PA、PC、PU、PPO、PI、铜箔、铝箔、锡箔等带有双面胶和离型膜，总厚度为4~10μm，玻璃基板为ITO、AZO、FTO、TCO等导电玻璃中的一种，电子元器件为FPC电路板、液晶板、电缆、芯片等工件的一种。所述的金属反射层为Ag、Cu、Al、Au、Ni、石墨中的一种，厚度为0.05~2μm。所述的复合梯度层具有亚层结构，厚度为0.5~10μm，包含多层磁性体和介电体的复合层。所述的复合梯度层，磁性体体积分数由内向外递减；较优选的，最内层磁性体体积分数为60~100%，最外层磁性体体积分数为0~40%；优选的，最内层磁性体体积分数为100%，最外层磁性体体积分数为20%；为了使薄膜获得一定柔性，在磁性体和介电体的复合层之间可插入高聚物绝缘层，厚度为0.1~1μm。所述的磁性体和介电体的复合层中，磁性体以纳米颗粒的形式弥散在介电体基体中，纳米颗粒尺寸为2~100nm，优选的，纳米颗粒尺寸为2~15nm。所述的磁性体为过渡族金属Fe、Co、Ni、Mn及其与其他元素形成的合金，或者稀土软磁合金。所述的介电体为氧化物、氮化物、氟化物、硼化物或者有机大分子高聚物。所述的一种超薄抗EMI薄膜，其磁性能为：截止频率fr高于1GHz，磁导率μi高于100，吸收带宽Δf不小于1GHz。一种超薄抗EMI薄膜的制备方法，其特征在于采用磁控溅射、脉冲激光沉积、电子束沉积、真空蒸镀、化学镀的一种来制备金属反射层。采用磁控溅射、脉冲激光沉积、反应磁控溅射、反应脉冲激光沉积、真空蒸镀中的一种来制备复合梯度层。制备复合梯度层时，所述的磁控溅射、脉冲激光沉积、真空蒸镀的靶材同时包含磁性体靶材和介电体靶材：磁性体靶材为过渡族金属Fe、Co、Ni、Mn及其与其他元素形成的合金，或者稀土软磁合金；介电体靶材为氧化物、氮化物、氟化物、硼化物或者有机大分子高聚物。所述的反应磁控溅射、反应脉冲激光沉积的靶材中含有Al、Zr、Hf、Si、B、Zn、Ti、Nb、Ta、V、稀土金属中的至少一种。所述的反应磁控溅射、反应脉冲激光沉积是在氧气或者氮气气氛中进行的，氧气或氮气分压不高于100mtorr。制备金属反射层、复合梯度层时，温度不高于700度。为了获得上述超薄抗EMI薄膜，本专利技术有三个关键点：1、超薄抗EMI薄膜的结构，2、复合梯度层中磁性体颗粒弥散在介电体基体中的复合结构，3、磁性体颗粒弥散在介电体基体中这一复合结构的制备方法。图1是本专利技术的超薄抗EMI薄膜的工作原理图。复合梯度层的最外层可以实现和自由空间的阻抗匹配，因此干扰电磁波可以完全进入薄膜，不会被反射回自由空间。虽然复合梯度层是多层结构，但是由于其磁性体体积分数呈现梯度分布，因此电磁波逐渐深入复合梯度层时，并不会在内部造成电磁波的反射，而是不断的衰减电磁波。到达金属反射层界面时，被重新反射回复合梯度层，发生再吸收，最后重新返回自由空间的电磁波微乎其微，相当于本专利技术的超薄抗EMI薄膜兼有吸波和电磁屏蔽的功能，从而能够实现最佳的抗EMI效果。图2为典型的超薄抗EMI薄膜的磁谱。对于关键点1，金属反射层采用具有高电导率的Ag、Cu、Al、Au、Ni或者石墨来实现，并且由上述原理可知，在图1中金属反射层位于基材的上方和下方可以达到同样的效果，并且在取消金属反射层设计的情况下，该薄膜也能够取得一定的抗EMI效果。复合梯度层是超薄抗EMI薄膜的核心，是必须的：复合梯度层中的每个亚层都是采用磁性体和介电体的复合结构，层与层之间物质种类相同，因此具有很高的结合强度。而较外层磁性体体积分数低，内层磁性体体积分数较高，复合梯度层从外向内逐渐由超顺磁性变为铁磁性，外层更加接近空气阻抗，有利于实现阻抗匹配，使得电磁波能够完全进入复合梯度层中。在复合梯度层的亚层之间，同样是由于物质种类相同，即使存在成分梯度，但是并不存在明显的界面，因此电磁波发生界面反射的概率大大减小，会继续深入复合梯度层内部，不断发生衰减。需要提到的是，基材作为金属反射层和复合梯度层的载体，并不是本专利技术中超薄抗EMI薄膜必须的结构，也就是说，可以直接将金属反射层和复合梯度层制备在需要抗EMI的工件上，可以实现同样的作用。对于关键点2，复合梯度层中磁性体颗粒弥散在介电体基体中的复合结构（图3、图4），这一微结构是获得超薄抗EMI薄膜的关键技术。磁性体为过渡族金属Fe、Co、Ni、Mn及其与其他元素形成的合金或者稀土软磁合金，包括但不限于Fe、Co、Ni、Mn、FeCo、FeNi、FeSi、FeSiAl、MnBi、MnSb、FeNx、FeCoNx、CoNx、R2T17、R2T17Nx、R2T14B、RT5（其中T=Fe、Co、Ni，R=Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu）。介电体为氧化物、氮化物、氟化物、硼化物或者有机大分子高聚物，包括但不限于SiO2、Al2O3、Si3N4、AlN、HfO2、TiO2、ZrO2、ZnO、B2O3、Cr2O3、V2O5、Ta2O5、Nb2O5、CaF2、MgF2、FeNx、Fe本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超薄抗EMI薄膜，其特征在于：其结构为基材/金属反射层/复合梯度层；所述的基材为PE、PVC、PET、OPP、PP、PA、PC、PU、PPO、PI、PTFE、铜箔、铝箔、锡箔中的一种，或玻璃基板，或电子元器件；所述的金属反射层为Ag、Cu、Al、Au、Ni、石墨中的一种，厚度为0.05~2μm；所述的复合梯度层具有亚层结构，厚度为0.5~10μm，包含多层磁性体和介电体的复合层；所述的复合梯度层，磁性体体积分数由内向外递减；所述的磁性体和介电体的复合层中，磁性体以纳米颗粒的形式弥散在介电体基体中，纳米颗粒尺寸为2~100nm；所述的磁性体为过渡族金属Fe、Co、Ni、Mn及其与其他元素形成的合金，或者稀土软磁合金；所述的介电体为氧化物、氮化物、氟化物、硼化物或者有机大分子高聚物。

【技术特征摘要】
1.一种超薄抗EMI薄膜，其特征在于：其结构为基材/金属反射层/复合梯度层；所述的基材为PE、PVC、PET、OPP、PP、PA、PC、PU、PPO、PI、PTFE、铜箔、铝箔、锡箔中的一种，或玻璃基板，或电子元器件；所述的金属反射层为Ag、Cu、Al、Au、Ni、石墨中的一种，厚度为0.05~2μm；所述的复合梯度层具有亚层结构，厚度为0.5~10μm，包含多层磁性体和介电体的复合层；所述的复合梯度层，磁性体体积分数由内向外递减；所述的磁性体和介电体的复合层中，磁性体以纳米颗粒的形式弥散在介电体基体中，纳米颗粒尺寸为2~100nm；所述的磁性体为过渡族金属Fe、Co、Ni、Mn及其与其他元素形成的合金，或者稀土软磁合金；所述的介电体为氧化物、氮化物、氟化物、硼化物或者有机大分子高聚物。2.根据权利要求1所述的一种超薄抗EMI薄膜，其特征在于其磁性能为：截止频率fr高于1GHz，磁导率μi高于100，吸收带宽Δf不小于1GHz。3.一种超薄抗EMI薄膜的制备方法，其特征在于采用磁控溅射、脉冲激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：白国华，
申请(专利权)人：白国华，
类型：发明
国别省市：浙江,33