塑料表面溅射电磁屏蔽膜的研究(2)

2.2、屏蔽膜材料的影响

　　表1是不同材料单层膜的屏蔽效果、结合力和成膜速率，膜层厚度均为0.5um。屏蔽膜与塑料之间的结合力包括机械咬合类型的物理结合和形成化学键的化学结合，显然后者的结合力高于前者，从表1中可以看出Ni具有最好的结合力，主要是Ni可以夺取PET中的氧形成共价键的化学结合，而非单纯的机械咬合，有关研究也证实这一点。1Cr18Ni9Ti的结合力与Ni接近，相对来说Cu和铁氧体结合力较低。为了增强金属膜与PET的结合力，可以对PET表面采用喷砂处理或等离子实时处理。

表1 不同单层膜的屏蔽效果、结合力和成膜速率

　　从屏蔽效能来看，Cu的效果较好，这主要是铜具有良好的导电性，EMI电磁波可以在屏蔽层表面形成更高的涡旋电流，从而实现良好的电屏蔽。铁氧体、Ni和薄膜态的1Cr18Ni9Ti，都是磁体，前者是矫顽力低的软磁体，后两者是矫顽力高的硬磁体，显然软磁体的磁屏蔽效果更好，因为其磁畴翻转容易，所以翻转速度可以跟得上电磁波频率，而硬磁的磁畴翻转速度一般在射频段很难跟得上频率。铁氧体主要靠磁屏蔽实现，也就是通过磁畴的翻转损耗掉EMI电磁波，有关研究表明铁氧体吸收效率高、频带宽。Ni和1Cr18Ni9Ti同时存在电屏蔽和磁屏蔽。总的来说，铁氧体的屏蔽效能稍微高于Ni 和1Cr18Ni9Ti。需要提及的是，由于溅射镀覆的Ni和1Cr18Ni9Ti屏蔽膜晶粒尺寸较小（图2），所以其磁畴较小，磁畴转向相对比较灵活，矫顽力较低，所以具有接近铁氧体的屏蔽效果。

　　从溅射成膜速率，也就是生产效率来说，铜是最快的，1Cr18Ni9Ti因为靶材是奥氏体顺磁的，所以也具有较快的成膜速率，Ni和铁氧体成膜速率较慢，特别是铁氧体成膜速率不适合生产。

2.3、屏蔽膜厚度的影响

　　下图3是不同Cu厚度的屏蔽效果和结合力，可以看出：随着屏蔽层膜厚增加，屏蔽效能增加，超过500nm后屏蔽效能变化不大，与前面MATLAB仿真结果一致。随着屏蔽层厚膜增加，结合力增加，超过300nm后基本上变化不大，过厚的膜层容易产生内应力，使得结合力反而下降。所以从结合力上说300~1000nm比较合适。过厚的膜层会增加溅射时间，降低生产效率，同时PET塑料变形也会增加1Cr18Ni9Ti 和Ni 也有相同的结论。

　　总之， 屏蔽层厚度在500-800nm之间可以获得屏蔽效能好、结合力强、生产效率高的良好效果。

图3 不同Cu厚度的屏蔽效能和结合力

2.4、溅射电流的影响

　　研究表明，溅射功率（电流）对屏蔽膜的屏蔽效能影响不大，而溅射电流对结合力有一定影响（如图4），随着溅射功率增加结合力缓慢增加，超过2A时，结合力变化不大了。溅射电流增加可以增加等离子体对塑料表面的轰击，也可以加热塑料基片，从而提高结合力。但过大的溅射电流会使PET过热变形。

图4 溅射功率对屏蔽膜的屏蔽效能和结合力影响

3、复合膜层的屏蔽效果和结合力

　　根据上述研究结果，我们设计了复合屏蔽膜层，我们在靠近PET塑料的一层选择结合力好的材料，比如Ni和1Cr18Ni9Ti，厚度选择300nm，其主要是用于提高结合力，同时获得一定的磁屏蔽效果，在外层使用500nm 的Cu，主要是利用Cu的高屏蔽特性获得需要的屏蔽效能。这样可以获得好的结合力和屏蔽效能。

表2 复合膜系的屏蔽效果和结合力

　　从表2 可以看出300nm 的1Cr18Ni9Ti+500nm的Cu构成的复合膜层的综合效果较好。另外由于Ni的溅射成膜速率较低，1Cr18Ni9Ti相对比较高，所以300nm的1Cr18Ni9Ti+500nmCu复合膜层也较适合生产。

4、结论

　　本文采用直流溅射技术在聚酯塑料（PET）上制备出附着力大于5MPa、在2~4GHz 范围内屏蔽效能大于60dB的复合结构的电磁屏蔽膜，获得了导电膜、导磁膜及其复合膜层的设计方法。有关数据表明：300nm1Cr18Ni9Ti膜+50nmCu 膜可以获得结合力、屏蔽效果和成膜速度的综合好效果。溅射功率和膜层厚度对电磁屏蔽特性和结合力有一定影响。