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摘要：目前高频印制天线均采用介质覆铜板制作，在天线涂覆过程中由于介质材料为聚四氟乙烯复合材料，其表面能极低，涂层易脱落，进而导致涂层耐腐蚀性差，无法满足防护要求。本文首先采用正交实验法获得了聚四氟乙烯材料激光锚定工艺参数；然后采用激光锚底工艺，对聚四氟乙烯复合材料表面进行了预处理。即使用激光束在材料表面按规则加工阵列孔隙作为涂层附着的基底，使涂层与基材产生类似“锚”的固定结构；最后结合等等离子体化学气相沉积（PECVD）工艺，在高频印制天线表面制备出了氟碳涂层。实验证明：利用本文工艺制备出的氟碳涂层对高频信号的传输影响小，并且该涂层能够在聚四氟乙烯复合材料表面高强附着。可实现在18-40GHz频段，涂层透波比例95%、涂层附着力达1级、涂层盐雾耐受时间192小时的效果。

关键词：激光锚底预处理、高频印制天线、等离子增强化学气相沉积、附着力、透波比例

Abstract：At present，high-frequency printed antennas are all made of dielectric copper clad plates. During the antenna coating process，due to the use of polytetrafluoroethylene composite material as the dielectric material，the surface energy is extremely low，and the coating is prone to detachment，resulting in poor corrosion resistance of the coating and inability to meet the protection requirements. This article first obtained the laser anchoring process parameters of polytetrafluoroethylene material using orthogonal experimental method；Then，the surface of polytetrafluoroethylene composite material was pre-treated using laser anchoring technology. Using a laser beam to process array pores on the surface of the material in a regular manner as the substrate for coating attachment，resulting in a fixed structure similar to an anchor between the coating and the substrate；Finally，a fluorocarbon coating was prepared on the surface of high-frequency printed antennas using the equal plasma chemical vapor deposition（PECVD）process. Experiments have shown that the fluorocarbon coating prepared using the process described in this article has little effect on the transmission of high-frequency signals，and the coating can adhere to the surface of polytetrafluoroethylene composite materials with high strength. It can achieve the effect of achieving a wave transmission ratio of 95%，coating adhesion of level 1，and salt spray resistance time of 192 hours in the 18-40GHz frequency band.

Key words：laser anchor pretreatment，high-frequency printed antenna，plasma enhanced chemical vapor deposition，adhesion，transmission ratio

前言

目前绝大部分高频印制天线为微带印制天线，均采用介质覆铜板刻蚀图形而成，其被涂敷表面有两种材料：一是刻蚀后裸露的介质，为聚四氟乙烯复合材料，二是作为信号传输面的图形，为铜镀金材料。其中聚四氟乙烯复合材料表面，涂层难以附着，导致涂层完整性及防护性不足。因为聚四氟乙烯复合材料表面能低，属于非极性高分子，而涂层在材料表面的附着力是由分子间的作用力（范德华力）所引起的，分子间的作用力又包括取向力、诱导力和色散力，但是非极性高分子材料表面不具备形成取向力和诱导力的条件，只能形成较弱的色散力，因此其粘附性能很差。

目前常用的增加聚四氟乙烯表面附着力的方法主要有化学法和物理法。化学法是通过加入耦联剂、促进剂等化学试剂对表面进行改性，但是该方法会在介质表面引入新的化学物质层还会改变介质的介电常数等指标，因此不适用于高频印制天线；物理方法是通过激光、等离子等进行表面物理改性，Yong等[1]使用的飞秒脉冲激光的方法在聚二甲基硅氧烷表层加工了排列不同的沟槽，聚二甲基硅氧烷的结合力也随着激光加工沟槽的间距的变化而变化。杜琦峰等[2]研究了红外皮秒激光功率和扫描速率对聚酰亚胺与铜结合强度的交互式影响。他们发现结合强度随填充间距的减小而逐渐上升：填充间距较小时，结合力随离焦量的增大而增大；填充间距较大时，结合力强度随离焦量的增大而减小。徐硕等[3]发现激光处理使TiN涂层与TiC的结合力由28.9 N提升至最高39.6N，且改善了涂层的耐磨性。

本文采用激光在天线涂敷面上加工出微结构，研究了阵列圆孔的参数对涂层的电气性能和腐蚀性能的影响。该研究有望解决现有技术中防护涂层对高频印制天线传输指标影响大，无法同时满足既耐环境腐蚀又不影响高频电磁波传输性能的双重需求的问题。

1.实验方法

1.1试验原材料

本研究中采用的高频印制天线基材为Rogers RT/duroid5880高频板，材料由两部分组成，一部分为金属图形，另一部分为介质。其中，金属图形材料为铜，介质材料为聚四氟乙烯玻璃纤维增强复合材料，参数详见表1。制作的测试天线样件如图1所示。

1.2试验流程：

首先，使用无水乙醇清洁高频印制天线涂敷表面油污及杂质。

然后，采用激光锚底工艺在高频印制天线涂敷面上加工出微结构，作为氟碳涂层附着的锚定基底。具体操作为：先使用图像识别装置划分出高频印制天线表面上裸露的聚四氟乙烯复合材料区域，再使用飞秒或皮秒激光在该区域内加工出特定直径、深度和间距的阵列圆孔，天线的金属表面不处理。

再然后，将激光锚底后的高频印制天线放入去离子水中进行超声清洗，清除表面及圆孔中的烧蚀杂质及颗粒。

最后，采用等离子化学气相沉积法（PECVD），将六氟丙烷沉积在激光锚底处理后的高频印制天线表面，形成氟碳涂层，完成氟碳涂层制备过程。

本研究对阵列圆孔的直径、深度及间距直对涂层的附着力及涂层的透波比例的影响进行考察，采用正交试验配合测试验证获得激光锚底工艺参数。首先将阵列圆孔的直径φ、深度d、间距s，按照上述厚度，设计成两个三因素六水平的正交试验，如表1；然后按照正交试验表1，制备相应数量的高频印制天线样件。

阵列圆孔直径A选取：根据前期研究结果，如果圆孔直径小于涂层厚度，涂层很难进入孔内，因此选取小于涂层厚度的1项，等于涂层厚度的1项，其余4项均大于涂层厚度。阵列圆孔深度B选取：根据前期研究结果，圆孔深度越小“锚定”效果越差，但超过某径深比后，涂层无法达到孔底，同时考虑孔径大小，因此选取15μm为起点，其余项按比例增加。阵列圆孔间距选取：根据前期研究结果，间距太小或太大都会影响涂层附着力，因此选取7.5μm为起点，其余项按比例增加。优选参数评价：能同时满足四个评价指标，且通过考核的样件数量尽量多。

1.3性能测试

按照GB/T9286-1998划格试验方法对氟碳涂层进行附着力测试，使用百格刀和划格器对涂层进行切割，通过每组方格内涂层抗脱落的情况评价其结合力等级。

按照GJB150.11A-2009标准对各种工艺制备得到的氟碳涂层开展耐盐雾试验，NaCl浓度为5wt%，测试时间持续192小时，测试温度为35℃±2℃。

涂层透波比例的测试方法如图2所示。测试系统主要由发射天线、被测天线（接收天线）、矢量网络分析仪、计算机及测试软件、发射天线升降平台、极化转台、转台控制器、微波功率放大器、射频电缆等组成。首先分别测量18～40GHz频段涂覆前、后高频天线样件的水平、垂直方向归一化功率电平极化分量；然后将各频点两次测量结果对应相减，再取其平均值；最后将水平、垂直方向的平均值再取平均值，并计算百分比。

2.结果与讨论

2.1激光锚底预处理

采用激光冲击在聚四氟乙烯表面制备的阵列圆孔区域如图3（a）所示，经过激光锚定预处理，白色的聚四氟乙烯层表面形成了规则分布的圆孔，对阵例圆孔局部进行放大，结果如图3（b）所示。相比于未加工的表面光滑的聚四氟乙烯，激光加工后形成的阵列圆孔区域粗糙度较大，形成了明显的沟壑。沿着红色箭头的方向进行线扫描，得到了表面粗糙度变化，结果如图3（c）所示。以该特定参数制备的该区域的各个圆孔的直径约为15μm，圆孔的深度约为22.5μm。因此通过控制激光的光斑大小及输出功率，可在聚四氟乙烯表面制备出特定尺寸的阵列圆孔。

2.2激光锚底预处理与涂层附着力

在激光锚底处理后的高频印制天线表面形成的氟碳涂层的微观形貌如图4（a）所示。涂层表面可以观察到颗粒物的存在，这与等离子化学气相沉积过程氟碳单体的沉积有关。激光加工形成的阵列圆孔改变了聚四氟乙烯的表面粗糙度，增强了基体与PECVD涂层的表面结合力。这是由于激光处理形成的如图4（b）所示的沟壑等表面织构，明显增大了基体的粗糙度，从而造成氟碳涂层和聚四氟乙烯的接触面积增大。且在等离子增强化学气相沉积的过程中，氟碳单体入射基体的表面更易与这些织构形成机械咬合[4]，从而增强涂层的附着力。且对于等离子增强化学气相沉积涂层而言，基体表面的粗糙度并非越大越好，而是存在一个范围，在这个区间内，涂层的结合力最好[5]。选择合适的激光锚底工艺参数后样件附着力测试结果如图4（c）所示，附着力为≥1级。

2.3激光锚底参数与天线性能

根据正交试验，综合评价每一组参数，筛选出所有同时满足附着力≥1级、透波比例≥95%、盐雾耐受时间192小时的参数，分析阵列圆孔的直径、深度及间距直对涂层的附着力及涂层的透波比例的影响，如表2所示。由表2可知，氟碳涂层厚度为10μm时，阵列圆孔的直径φ、深度d、间距s与氟碳涂层厚度δ需满足如下关系，涂层方可形成稳定的“锚”结构，得到透波比例≥95%，附着力≥1级，盐雾≥192h，涂层状态（完好）的氟碳涂层：

3.结论

（1）激光锚底工艺可以大幅增加聚四氟乙烯复合材料表面涂层的附着力，与PECVD工艺配合可以在高频印制天线基材上制备出附着力≥1级的氟碳涂层。

（2）氟碳涂层厚度为10μm时，阵列圆孔的直径φ、深度d、间距s与氟碳涂层厚度δ需满足如下关系，φ=（1.5～3）δ，d=（1.5～2）φ，s=（1～2）φ，涂层方可形成稳定的“锚”结构，得到透波比例≥95%，附着力达到1级，盐雾≥192h，涂层状态完好的氟碳涂层。

参考文献：

[1]J.Yong，Q.Yang，F.Chen，etal.Asimple way to achieve superhydrophobicity，controllable water adhesion，anisotropicsliding，and anisotropicwetting based onfemtosecond-laser-induced line-patterned surfaces. Journal of Materials Chemistry A，2014，2（15）：5499-5507

[2]杜琦峰.激光表面改性聚酰亚胺关键技术与机理研究[D].武汉：华中科技大学，2018.

[3]徐硕，苏波泳，花国然，王恒，曹宇鹏.激光冲击强化对TC4钛合金表面TiN涂层界面结合性能的影响[J].表面技术.2022（51）

[4]Kromer R，Cormier J，Costil S. Role of powder granulometry and substrate topography in adhesion strength of thermal spray coatings[J]. Journal of ThermalSpray Technology，2016，25（5）：933-945.

[5]杨晖，潘少明. 基体表面粗糙度对涂层结合强度的影响[J]. 热加工工艺，2008，（15）：123-126.

基金项目：四川省科技计划重点研发项目2021YFG0051

通讯作者简介：陈波（1984年10月—），男，内蒙古包头人，硕士，高级工程师，主要从事电子装备制造工艺、腐蚀防护与控制以及新材料、新工艺的应用研究。