一种大尺寸无拼接微纳软模具制造方法技术

本发明专利技术公开了一种大尺寸无拼接微纳软模具制造方法，包括以下步骤：步骤一：基板预处理；步骤二：热熔融电流体动力喷射打印制造牺牲结构；根据所要制造的微纳模具图形结构，制造出与模具反形的牺牲结构；步骤三：图形复制和转移；采用旋涂或浇筑工艺，将液态软模材料均匀涂铺到牺牲结构上，并对液态软模材料进行预固化；步骤四：脱模；将软模具与打印的牺牲结构的结合体和基板完全分离，得到复合软模具；步骤五：复合软模具后处理；本发明专利技术结合热熔融电流体动力喷射打印和浇筑复制转移工艺的技术优势，实现大尺寸无拼接微纳尺度软模具的制造，尤其是具有能够实现米级尺度无拼接微纳复合软模具快速和低成本制造的独特优势。 1

Manufacturing method of large size non spliced micro nano soft mold

The invention discloses a large size and no stitching micro nano soft mold manufacturing method, including the following steps: Step 1: substrate preprocessing; step two: the sacrificial structure is made by the hot melt electric fluid dynamic injection printing; the sacrificial structure with the mold is manufactured according to the micro and nano mold structure to be manufactured; step three: Drawing Shape copying and transfer; using the spin coating or pouring process, the liquid soft mold material is evenly spread to the sacrificial structure, and the liquid soft mold material is presolidified; step four: demoulding; the composite soft mold is completely separated from the combination of the sacrificial structure of the soft mold and the printing plate, and the step five: after the composite soft mold The invention combines the technical advantage of the hot melt electric fluid power jet printing and the construction of the replication transfer process to realize the manufacture of the large size and non stitching micro nanoscale soft mold, especially with the unique advantages that can realize the rapid and low cost manufacturing of the meter scale non stitching micro nano composite soft molds. One

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸无拼接微纳软模具制造方法
本专利技术涉及一种制造方法，更具体涉及一种大尺寸无拼接微纳软模具制造方法。
技术介绍
高清平板显示、高效太阳能电池板、抗反射和自清洁玻璃、LED图形化、晶圆级微纳光学器件等领域为了改进和提高产品的性能和品质，对于大面积微纳图形化技术有着非常巨大的产业需求，这些产品其共同特征是需要在大尺寸非平整刚性衬底上(硬质基材或者基板)或者易碎衬底高效、低成本制造出大面积复杂三维微纳米结构。大尺寸OLED、LCD、光伏太能电池板等领域对于透明电极等超微细导电图形也有着巨大产业需求。纳米压印为高效和低成本制造大面积复杂微纳米结构提供了一种具有工业化应用前景的解决方案，尤其基于软模具的纳米压印光刻工艺具有在非平整表面、曲面、易碎衬底上实现大面积微纳图形化的独特优势。但是大尺寸微纳模具(母模)，尤其是大尺寸无拼接微纳软模具的制造是当前大面积纳米压印和大面积微纳图形化技术所面临的一项挑战性难题。现有的电子束光刻、聚焦离子束制造、干涉光刻等微纳制造技术在实现大尺寸无拼接微纳模具制造方面面临许多不足和局限性，诸如加工成本、制造周期、最大图形化面积等，尤其是现有的技术几乎无法实现8英寸以上大尺寸无拼接纳尺度模具(母模)和软模具的制造，这已经成为制约当前大面积纳米压印和微纳图案化广泛工业化应用的最大技术瓶颈。电流体动力喷射打印(亦称为电喷印)是近年新出现的一种大面积微纳图形化技术，它具有成本低、分辨率高、超大图形化面积(米级尺度)、效率高、可用材料种类多、适用于软、硬等多种衬底或者基材的显著特点和优势。这为大尺寸无拼接微纳软模具制造提供了一种全新的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的解决大尺寸无拼接微纳尺度软模具制造的技术难题，提供了一种基于热熔融电流体动力喷射打印的大尺寸无拼接微纳尺度复合软模具高效和低成本的制造方法，它能够实现8英寸以上甚至米级尺度的超大尺寸无拼接微纳尺度复合软模具的高效和低成本制造。本专利技术实现大尺寸无拼接微纳复合软模具制造的技术方案是：首先采用热熔融电流体动力喷射打印制造牺牲结构；随后通过浇注聚二甲基硅氧烷(PDMS)将热熔融电流体动力喷射打印制作的牺牲结构进行复制和转移；最后，脱模和去除牺牲结构后，获得大尺寸无拼接微纳尺度复合软模具。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术措施：一种大尺寸无拼接微纳软模具制造方法，包括以下步骤：步骤一：基板预处理；步骤二：热熔融电流体动力喷射打印制造牺牲结构；牺牲结构为制作软模具的辅助结构。根据所要制造的微纳模具图形结构，采用热熔融电流体动力喷射打印在基板上制造出与模具反形的牺牲结构；步骤三：图形复制和转移；图形的复制和转移，是将牺牲结构的形状复制和转移到软模具上。采用旋涂或浇筑工艺，将液态软模材料均匀涂铺到牺牲结构上，涂铺液态软模材料的厚度范围100nm-10μm，并对液态软模材料进行预固化；步骤四：脱模；将软模具与打印的牺牲结构的结合体和基板完全分离，得到复合软模具；步骤五：复合软模具后处理；进一步的，所述基板采用硅基板或玻璃基板，对基板清洗和干燥后，并对基板表面进行抗粘附处理，使基板表面形成抗粘附层。进一步的，所述抗粘附处理包括去离子水超声处理10min；异丙醇超声处理20min；异辛烷超声处理20min；以异辛烷为溶剂，配置1％浓度的十七氟癸基三氯硅烷溶液FDTS，静置15min；然后，将玻璃基板放入其中浸泡30min；然后分别用异辛烷、丙酮、异丙醇于超声条件下各清洗20min；最后进行氮气吹干。进一步的，所述步骤二中用热熔融电流体动力喷射打印工艺，以聚己内酯PCL或聚乙烯醇PVA为打印材料，在基板上打印出牺牲结构。进一步的，当步骤二中的打印材料为聚乙烯醇PVA时，进行脱模工艺后，需要增加去除牺牲结构工艺。进一步的，所述去除牺牲结构工艺包括：将软模材料和PVA材料的复合结构置于去离子水中，水浴加热，保持温度在90℃，同时进行超声处理30min，将残留在软模材料上的牺牲结构PVA材料完全溶解在去离子水中，得到复合软模具。进一步的，所述软模材料采用聚二甲基硅氧烷PDMS、乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE、聚氨酯丙烯酸酯PUA中的任意一种。进一步的，所述步骤三图形复制和转移后还包括附加支撑层工艺。进一步的，所述附加支撑层工艺包括以聚对苯二甲酸乙二醇酯PET作为支撑层，PET的厚度范围0.1mm-8mm；首先在PET上涂覆一层透明的偶联剂材料或者进行表面粘附性处理；然后，将PET贴合到PDMS之上；最后，将基板、PCL牺牲结构、PDMS复制结构、PET背衬整体放置到真空加热箱中，加热完全固化PDMS，并确保PET背衬和PDMS牢固结合，在真空环境下，40℃-60℃下加热固化10-18小时。进一步的，所述步骤四脱模工艺采用揭开式脱模方法。本专利技术结合热熔融电流体动力喷射打印和浇筑复制转移工艺的技术优势，实现大尺寸无拼接微纳尺度软模具的制造，尤其是具有能够实现米级尺度无拼接微纳复合软模具快速和低成本制造的独特优势，本专利技术的显著优势包括：(1)实现超大尺寸米级尺度无拼接微纳复合软模具快速和低成本制造。(2)具有制造成本低，效率高的突出特点。(3)工艺简单，不需要专用的设备，充分利用现有的设备。(4)本专利技术制造的大尺寸模具没有拼接误差，精度高。(5)该方法可扩展性和灵活性高，适合批量化制造。(6)本专利技术尤其适合光栅结构、网格结构大尺寸微纳模具制造。本专利技术为大面积纳米压印领域所需要的大尺寸无拼接微纳复合软模具的制造提供了一种全新的解决方案，尤其是为大尺寸OLED、触控屏、太阳能电池板、LCD等领域所需要的大尺寸和大面积电极(透明电极)和超微细电路的制造提供一种具有广泛工业化应用前景的全新解决方案，而且具有精度高、无拼接、超大尺寸、低成本、高效的独特优势。本专利技术尤其特别适合制造大面积纳米压印和大面积转印工艺需要的工作软模具制造。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术制作大尺寸无拼接微纳复合软模具原理示意图。图中：1—基板，2—抗粘附层，3—牺牲结构，4—软模材料，5—支撑层。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中存在的是现有的电子束光刻、聚焦离子束制造、干涉光刻等微纳制造技术在实现大尺寸无拼接微纳模具制造方面面临许多不足和局限性，诸如加工成本、制造周期、最大图形化面积等，尤其是现有的技术几乎无法实现8英寸以上大尺寸无拼接纳尺度模具(母模)和软模具的制造，这已经成为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大尺寸无拼接微纳软模具制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸无拼接微纳软模具制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：基板预处理；步骤二：热熔融电流体动力喷射打印制造牺牲结构；根据所要制造的微纳模具图形结构，以PCL和PVA为打印材料，采用热熔融电流体动力喷射打印在基板上制造出与模具反形的牺牲结构；步骤三：图形复制和转移；采用旋涂或浇筑工艺，将液态软模材料均匀涂铺到牺牲结构上，并对液态软模材料进行预固化；步骤四：脱模；将软模具与打印的牺牲结构的结合体和基板完全分离，得到复合软模具；步骤五：复合软模具后处理。2.如权利要求1所述的大尺寸无拼接微纳软模具制造方法，其特征在于，所述基板采用硅基板或玻璃基板，对基板清洗和干燥后，并对基板表面进行抗粘附处理，使基板表面形成抗粘附层。3.如权利要求2所述的大尺寸无拼接微纳软模具制造方法，其特征在于，所述抗粘附处理包括首先按照规定的时间依次对基板进行去离子水超声处理、异丙醇超声处理、异辛烷超声处理；接着以异辛烷为溶剂，配置一定浓度的十七氟癸基三氯硅烷溶液，将溶液静置一段时间；然后，将玻璃基板放入其中浸泡一段时间；然后分别用异辛烷、丙酮、异丙醇于超声条件下各清洗一段时间；最后进行氮气吹干。4.如权利要求1所述的大尺寸无拼接微纳软模具制造方法，其特征在于，所述步骤二中用热熔融电流体动力喷射打印工艺，以PCL或PVA为打印材料，在基板上打印出牺...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰红波，许权，赵佳伟，周贺飞，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37