一种紫外固化微纳米结构拼版装置及拼版工艺制造方法及图纸

一种紫外固化微纳米结构拼版装置及拼版工艺，包括基板平台、压印机主体、驱动装置和控制系统，其中压印机主体包括压辊、光源和喷嘴，压辊上卷设有透明软压模。本发明专利技术的拼版装置采用紫外光固化工作方式，不需加热，在常温下即可工作。在压印时采用辊筒与基底采用线接触方式，能够有效排除模版和拼版材料之间的气体，降低脱模难度。采用软压膜技术，成本低，效率高，对原始模版的损伤少。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微纳结构加工装置，具体是一种基于紫外光固化的微纳米结构拼版装置，用于微纳光电器件加工

技术介绍
随着微纳加工技术不断进步，微纳结构模版的制备工艺日渐成熟。目前，可以用电子束/离子束光刻结合刻蚀在硅、石英等材料上制备各种微纳结构。然而，大幅面微纳结构的制备，其技术难度高，加工费用仍然高昂。微纳结构拼版设备的主要功用是，将小幅面微纳结构原版通过压模成形，组成大幅面模版。依照工作方式不同，拼版设备分为热压和紫外光固化两种方式。热压拼版把待压印基底材料[一般为硬板型或薄膜型的聚碳酸酯(PC !Polycarbonate)、聚氯乙烯(PVC:Polyrinyl Chloride)、聚酯(PET:Polyester)、丙烯酸(PMMA:Polymethyl Methacrylate)或聚烯(BOPP:Biaxial Oriented Plypropylene)等]加热至玻璃化温度以上软化，然后将原版(表面具有微纳结构的镍片)压入待压印材料，将表面微纳结构转移。紫外光固化拼版方式，以紫外固化树脂作为压印材料，它在紫外光照射下其中的高分子材料交联固化，从而形成与模版表面相反的结构。和热压工作方式相比，紫外光固化拼版的主要优点是在室温下即可实现结构转移，它所需的压印力较热压方式减少了至少一个数量级，无需高温高压，结构保真度高，因而被认为是一种更好的拼版方式。美国Molecular Imprint Inc.公司提出了一种基于步进闪光(step&flash)工作方式的设备。(P.Ruchhoeft, M.Colburn, B.Choi, H.Nounu, S.Johnson, T.Bailey, Μ.Stewart, J.Ekerdt, S.V.Sreenivasan, J.C.Wolfe, C.G.Willson, Patterning CurvedSurfaces:Template Generation by 1n Beam Proximity Lithography and ReliefTransfer by Step and Flash Imprint Lithography American Vacuum Society J.0fVac.Sc1.Technol.B17 (6)，pp.2965-2969，1999.)它的工作流程是，首先用一个精密喷胶头在基底上喷涂紫外感光胶，然后用透明模版采用平对平压印的工作方式，紫外灯照射压印区域，UV胶固化后，抬起模版脱模，然后平台运行至下一工作位，重复上述步骤。其单元最大压印面积26mmx32mm,整个模版面积200mmx300_ (型号Imprio 300)。利用上述的拼版技术，可以将原来数厘米大小的模版，或者将含有微纳结构的若干宏观图形拼接成大幅面模版。目前，拼版设备的主要用途是在激光全息图像领域。传统的全息模压拼版设备基于热压工作方式，用于高精密表面浮雕条纹转移加工，压印幅面一般在50mmX50mm左右，由液压系统提供驱动压力，输出压力达到MPa级，力口热温度在基板玻璃化温度以上(对碳酸聚酯材料，其玻璃化温度约120°C，加热温度需大于150°C)，压印速度10-20秒/次，拼版面积在800mmX800mm以上。它的主要缺点为:1)施加压力大，容易对模版造成损伤。2)工作温度高，工作周期长。3)由于热压材料的回弹，结构保真度低。Molecular Imprint Inc.公司的设备实际上是一种步进式紫外纳米压印机,其限制在于:1)其主要用于12英寸幅面以下硅基器件的制作；2)压印采用平面对平面的方式。该设备有两个弊端:一是由于模版和基底接触面积大，模版的表面微纳米结构又数倍地增加了两者之间的接触面积，脱模难度增大，二是这种工作方式中会在压印中产生气泡，破坏了拼版效果。因此，步进式紫外纳米压印机主要应用于周期性非紧密排列单元的拼版制备。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种紫外固化微纳米结构拼版装置及拼版方法，不仅可以进行非紧密排列的拼版，同时又能进行紧密排列的拼版作业。根据本专利技术的目的提出的一种紫外固化微纳米结构拼版装置，包括用以放置待压基膜的基板平台、设置于该基板平台上方的压印机主体、用于驱动压印机主体和基板平台之间相对移动的驱动装置，以及对上述各个部件进行电控制的控制系统，所述压印机主体上设有压辊、光源和喷嘴，所述压辊和光源固定于一压辊运动装置，所述喷嘴固定于一喷嘴运动装置上，所述光源设置于压辊相对其前进方向的后方，所述喷嘴设置于压辊相对其前进方向的前方，所述压辊表面卷设有一层透明软压膜，该透明软压膜的一端固定于压印机主体上，另一端固定于压辊上，且固定于压印机主体的一端位于光源相对压辊的另一侧。优选的，所述透明软压模包括基材和设置于基材表面用于压印的微纳结构。优选的，所述微纳结构可以是纳米光栅、纳米点阵、微透镜阵列、V形槽、光子晶体结构，或者它们的组合中的一种。优选的，所述透明软压膜的上方还设有掩模，该掩模包括透光部分和不透光部分。优选的，所述透明软压膜和掩膜上设有定位标志，用于每次拼版中的定位。优选的，所述基板平台上设有若干固定装置，用于固定待压基膜。优选的，所述驱动装置包括沿水平方向左右移动的X轴驱动装置、固定于该X轴驱动装置且沿垂直于纸面方向横移的Y轴驱动装置，以及固定于该Y轴驱动装置且沿竖直方向上下移动的Z轴驱动装置，所述压印机主体固定于该Z轴驱动装置上。优选的，所述光源为紫外LED灯。同时，本专利技术还提出了一种使用如上所述的紫外光固化微纳拼版装置进行的拼版工艺，包括步骤:安装待压基膜和透明软压模装置:将待压基膜固定于基板平台上，将透明软压模的一端固定于压辊上，另一端固定于压印机主体上；通过控制系统输入拼版压印信息；压辊在驱动装置的带动下移至拼版区域，喷嘴向待压基膜表面喷涂适量的UV胶，压辊下压，紫外LED灯开启；压辊在压辊运动装置带动下滚动，将透明软压模平铺在待压基膜表面，紫外LED灯跟随运动，将掩膜透光部分下面的UV胶固化；辊动动作完成后，压辊逆向滚动，将掩膜重新卷起，回到启动位置，压辊抬起，紫外LED灯关闭；判断是否完成所有压印拼版单元，如未完成压辊运行至下一拼版位置，并重复上述压印步骤，进行下一个拼版单元的压印，如果完成则压印辊归零位。优选的，所述压印信息包括平台归零、每个 拼版单元的位置(x，y)、大小、每个拼版单元喷胶量和喷嘴移动距离。优选的，所述拼版工艺包括微纳结构单元的非紧密排列拼版、微纳结构单元的紧密排列拼版和非规则图形拼版。与现有技术相比，本专利技术的主要特点在于:1)采用紫外光固化工作方式，不需加热，在常温下即可工作。2)采用辊筒与基底采用线接触方式，能够有效排除模版和拼版材料之间的气体，降低脱模难度。3)采用软压膜技术，成本低，效率高，对原始模版的损伤少。4)能够实现单元之间紧密排列的拼版。5)能够实现非规则图形的拼版。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，下面描述中的附图仅仅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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紫外固化微纳米结构拼版装置，包括用以放置待压基膜的基板平台、设置于该基板平台上方的压印机主体、用于驱动压印机主体和基板平台之间相对移动的驱动装置，以及对上述各个部件进行电控制的控制系统，其特征在于：所述压印机主体上设有压辊、光源和喷嘴，所述压辊和光源固定于一压辊运动装置，所述喷嘴固定于一喷嘴运动装置上，所述光源设置于压辊相对其前进方向的后方，所述喷嘴设置于压辊相对其前进方向的前方，所述压辊表面卷设有一层透明软压膜，该透明软压膜的一端固定于压印机主体上，另一端固定于压辊上，且固定于压印机主体的一端位于光源相对压辊的另一侧。

【技术特征摘要】
1.一种紫外固化微纳米结构拼版装置，包括用以放置待压基膜的基板平台、设置于该基板平台上方的压印机主体、用于驱动压印机主体和基板平台之间相对移动的驱动装置，以及对上述各个部件进行电控制的控制系统，其特征在于:所述压印机主体上设有压辊、光源和喷嘴，所述压辊和光源固定于一压辊运动装置，所述喷嘴固定于一喷嘴运动装置上，所述光源设置于压辊相对其前进方向的后方，所述喷嘴设置于压辊相对其前进方向的前方，所述压辊表面卷设有一层透明软压膜，该透明软压膜的一端固定于压印机主体上，另一端固定于压辊上，且固定于压印机主体的一端位于光源相对压辊的另一侧。2.如权利要求1所述的紫外固化微纳米结构拼版装置，其特征在于:所述透明软压模包括基材和设置于基材表面用于压印的微纳结构。3.如权利要求2所述的紫外固化微纳米结构拼版装置，其特征在于:所述微纳结构可以是纳米光栅、纳米点阵、微透镜阵列、V形槽、光子晶体结构，或者它们的组合中的一种。4.如权利要求2所述的紫外固化微纳米结构拼版装置，其特征在于:所述透明软压膜的上方还设有掩模，该掩模包括透光部分和不透光部分。5.如权利要求4所述的紫外固化微纳米结构拼版装置，其特征在于:所述透明软压膜和掩膜上设有定位标志，用于每次拼版中的定位。6.如权利要求1所述的紫外固化微纳米结构拼版装置，其特征在于:所述基板平台上设有若干固定装置，用于固定待压基膜。7.如权利要求1所述的紫外固化微纳米结构拼版装置，其特征在于:所述驱动装置包括沿水平方...

【专利技术属性】
技术研发人员：申溯，张小峰，张家银，陈林森，
申请(专利权)人：苏州大学，苏州苏大维格光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：