CN100564004C - 一种脱模装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种脱模装置与方法，利用至少一顶针模块插入已完成转印成型的模具与基板之间，使模具与基板局部分离并形成缝隙，此时外界的空气可由此缝隙流入模具与基板之间，消除真空效应，再藉由顶针模块将模具与基板脱离。

Description

一种脱模装置与方法

技术领域

本发明涉及一种脱模装置与方法，尤指一种结构简单、以轻微力量即可使模具与基板顺利脱离的脱模装置与方法。

背景技术

应产品朝向轻、薄、短、小的发展趋势，许多精密化、微小化的制造技术亦相继涌出，整体制造技术的演进，由上而下(Top-down)及由下而上(Bottom-up)的制造技术到了纳米尺度(100μm以下)产生了交集，而纳米制造技术的种类繁多，但大部分皆为加工速率太慢且所需设备成本昂贵，相当不利于量产。

以纳米转印技术(Nanoimprint)而言，主要是利用机械力将模具上的微/纳米结构相同比例地转印至成型材料上，其具有加工分辨率高、速度快、以及成本低廉等特色，可广泛应用于纳米电子、纳米光学、超高密度储存装置、生物检测芯片、显示器关键零组件等各类纳米组件；然而目前纳米转印技术尚无法大量制造产品，其主要原因在于进行模具压印时由于转印结构深宽比、成型材料收缩、成型结构与模具间的真空、摩擦与沾粘等因素导致脱模不易，而不当脱模方式将造成已完成压印的微结构遭变形破坏，或高分子粘附于模具上，致使产品合格率不高。

依据上述造成模具与成型材料于转印后不易脱模的原因可知，除了微结构之间的摩擦力以及材料相互之间的亲和力之外，另一重要的因素是模具与高分子成型材料间形成的真空效应，且真空产生的吸附力远大于材料间的摩擦力及接口亲和力，据此可知，若要顺利完成脱模必先克服模具与成型材料间的真空效应。

目前已知有多件针对克服上述真空效应的专利前案，如美国专利第6416311 B1号所述的一种脱模装置及方法，其系利用外加气源穿透模具并灌入模具与成型材料之间消除真空以进行脱模，此法须先于模具上形成穿透孔供外加气体灌入，并且配合装置上气体灌入的位置，因此模具微结构图案设计受限以及影响成品的有效面积。

再如美国专利第5358672号所述的脱模方法，其系在成型过程程中，于模具边缘外置一延伸胶带并与成型材料一同受压成型，脱模时直接拉起延伸胶带及模具，使模具与成型材料脱离，此法采用延伸胶带会降低有效的成型面积，甚至影响延伸胶带及其周围的成型品质。

另，如日本专利第2004066671号所述的装置，其系利用气压缸配合多组不同功能的弹簧承靠于成型基板的外缘肩部，脱模时利用轻微的弹簧力即可将成型后的模具与成型材料分离，然而此机构较为繁杂且不适用于纳米转印工艺中模具与基板为相同几何尺寸的工艺。

再如日本专利第06270170号所述的方法，其系利用一形状记忆合金组件装置于模具边缘处，成型后利用温度变化使形状记忆合金组件恢复原始状态并使模具与成型材料部分脱离，随后再藉用一挡块抵住基板令模具上升使其完全脱离，然而此法需要特制的形状记忆合金组件并配合温度变化差异以及挡块设计，过程较为繁杂。

由上述各专利前案的内容可知，为破坏模具与成型材料间因真空效应产生的吸附力的技术手段，大多是由模具或成型基板的边缘着手，然而其使用的技术手段均必须配合繁杂的设计或特殊的材料方能达到目的，或因脱模装置的设置而影响转印面积或成型品质。

发明内容

有鉴于现有装置及方法的缺陷，本发明的主要目的在于提出一种简单的脱模机制，利用简单的装置且仅需轻微力量即可消除模具与成型材料间的真空效应，使模具与基板在转印成型后顺利脱离。

为达到上述目的，本发明提出一种脱模装置与方法，利用至少一顶针模块插入已完成转印成型的模具与基板之间，使模具与基板之间局部分离并形成一缝隙，此时外界的空气可藉此缝隙通入模具与基板之间，消除真空效应，再通过顶针模块以轻微的力量将模具与基板完全脱离。

较佳地，该装置包括一微/纳米结构，特征尺寸在100μm以下。

较佳地，该装置包括一基板，为一成型材料层，或可在该基板上可涂布一成型材料层，以供该模具进行转印成型。

较佳地，该装置包括一顶针模块，包含至少一顶针及至少一致动器，用以使模具至少一部分脱离并形成一缝隙，使空气进入。

较佳地，该装置至少包括一致动器，用以驱动顶针往任意自由度方向运动。

较佳地，该顶针模块包含至少一顶针及至少一震动致动器，用以产生震幅量，使空气易于通过，致使模具至少一部分或完全脱离。

较佳地，该震动致动器可输出非特定频率的信号，使顶针产生震动，用以适用不同成型工艺。

为使对于本发明的结构目的和功效有更进一步的了解与认同，兹配合附图详细说明如后。

附图说明

图1A及图1B是本发明脱模装置的第一较佳实施例图；

图2A及图2B是本发明的模具边缘结构的示意图；

图3A及图3B是不同外型顶针的示意图；

图4A及图4B是本发明的顶针模块的安排示意图；

图5A及图5B是本发明脱模装置的第二较佳实施例图；

图6是本发明脱模装置的第三较佳实施例图。

其中，附图标记：

1-模具11-转印图案12-圆角13-楔角2-基板21-成型图案

3-承板4-顶针模块41、41a、41b-顶针

411、411a、411b-尖部42-致动器43震动致动器

5-床台6-成型材料层61-成型图案D-扩部Δt-震动

具体实施方式

以下将参照附图来描述本发明为达成目的所使用的技术手段与功效，而以下图式所列举的实施例仅为辅助说明，而本发明的技术手段并不限于所列举图式。

请参阅图1A及图1B所示本发明提供的脱模装置的第一较佳实施例，其主要包括有一模具1、一基板2、一承板3以及至少一组顶针模块4，其中，该模具1的表面设置有转印图案11，当应用于纳米转印技术时，该转印图案11为一微/纳米结构，其特征尺寸在100μm以下；该基板2供模具1的转印图案11压印于其表面以成型图案21，当应用于纳米转印技术时，该基板2的材质可为一种热塑形高分子材料；该承板3用以承载或固定该基板2及模具1，一般而言，该承板3设置于床台5上；该顶针模块4设置于模具1及基板2的外部，其主要系由顶针41及致动器42构成，该顶针41具有一尖部411，该致动器42可由至少一驱动器组成，可驱动顶针41朝向任意自由度方向运动；本发明通过前述装置脱模的方法为：当模具1与基板2完成转印成型后，制动器42驱动顶针41移动使其尖部411插入模具1与基板2之间，可使模具1与基板2局部或至少一部分分离并形成一缝隙，此时外界的空气可迅速由此缝隙通入该模具1与基板2的界面，消除真空效应，而后该制动器42再驱动该顶针41将模具1渐渐托起或由制动器42驱动该顶针41直接将模具1拉起，使模具1与基板2完全脱离，如此即可顺利完成脱模；必须强调说明的是，当空气通入模具1与基板2的界面消除真空效应后，顶针41只需施以轻微的力量即可轻易将模具1托起。

请参阅图2A及图2B，为利于顶针41的尖部411插入模具1与基板2之间，可将模具1的边缘设置为圆角12或楔角13，使得模具1与基板2贴合时，可于模具1与基板2边缘形成一扩部D，顶针41的尖部411插入该扩部D将模具1托起，不致对模具1或基板2造成损坏，另由于该圆角12或楔角13设置于模具1的边缘，因此对于转印图案的设计或转印成形图案不会造成任何影响。

请参阅图3A及图3B所公开的两种不同外型的顶针，该顶针41a、41b具有不同造型的尖部411a、411b，整体而言，该尖部411a、411b呈一尖锥状，然而该尖锥状构造为一种有利于插入模具与基板间的结构，而非本发明对于顶针外型的限定。

请参阅图4A及图4B关于本发明的顶针模块的安排方式，模具1、基板2及承板3呈圆形，其外部设有多组顶针模块4，该顶针模块4是该模具1、基板2及承板3外围的等角环形数组，如图4A所示设有三组顶针模块4，图4B所示设有四组顶针模块4，且各组顶针模块4的顶针41均朝向模具1、基板2及承板3的中心C，可依不同需求安排该多组顶针41同步或先后顺序进行脱模，至于顶针模块4的数目亦不限于图标，可依需求安排至少一组。

请续参阅图5A及图5B，该实施例说明本发明应用于另一种型态的基板2，如图所示，基板2的表面涂布有一层成型材料层6，当应用于纳米转印时，该成型材料层6可为一种热塑形高分子材料(PMMA)，至于模具1、基板2、承板3及顶针模块4等构件与图1A、图1B所示相同，故在此不予赘述其详细构造及功能；同理，将模具1压印于该成型材料层6上成型图案61后，制动器42驱动顶针41移动使其尖部411插入模具1与基板2之间，可使模具1与基板2局部或至少一部分分离并形成一缝隙，此时外界的空气可迅速由此缝隙通入该模具1与基板2的界面，消除真空效应，而后该制动器42再驱动该顶针41将模具1渐渐托起或由制动器42驱动该顶针41直接将模具1拉起，使模具1与基板2完全脱离，如此即可顺利完成脱模。

请参阅图6所示本发明另一较佳实施例，本实施例的特点在于该顶针模块4包含一震动致动器43，至于其它构件与上述实施例相同，故在此不予赘述其详细构造及功能；该震动致动器43的作用在于，当模具1压印于该成型材料层6上成型图案61后，顶针41移动使其尖部411插入模具1与基板2之间，该震动致动器43可输出一非特定频率的信号431使该顶针41产生微量震动Δt(通常小于模具的厚度，但不依此为限)，而此震动Δt的振幅量使得外界的空气可通入该模具1与该成型基板2之间并消除真空效应，以致该模具1与该基板2至少一部分或完全脱离，如此即可顺利完成脱模。

综上所述，本发明提供的脱模装置及方法，利用简单的装置且仅需轻微力量即可消除模具与成型材料间的真空效应，使模具与基板在转印成型后顺利脱离，确具有其突破性功效。只是以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明所实施的范围。依本发明权利要求所作的均等变化与修改，皆应属于本发明专利涵盖的范围内。

Claims (13)

1、一种脱模装置，其包含有：

一模具，该模具表面至少具有一微/纳米结构；

一基板，供模具压印于其上以成型图案；以及

至少一顶针模块，置于所述模具与基板的外侧；

其中，所述顶针模块至少一部分可插入所述模具与基板之间，使所述模具与基板至少一部分脱离。

2、如权利要求1所述的脱模装置，其特征在于，所述微/纳米结构的特征尺寸在100μm以下。

3、如权利要求1所述的脱模装置，其特征在于，所述基板为一成型材料层，以供该模具进行转印成型。

4、如权利要求1所述的脱模装置，其特征在于，所述基板上涂布一成型材料层，以供该模具进行转印成型。

5、如权利要求1所述的脱模装置，其特征在于，所述顶针模块包含至少一组顶针及致动器。

6、如权利要求5所述的脱模装置，其特征在于，所述致动器驱动该顶针往任意自由度方向运动。

7、如权利要求5所述的脱模装置，其特征在于，所述致动器为震动致动器。

8、一种脱模方法，包含下列步骤：

模具与基板完成转印步骤后，将顶针模块的顶针插入该模具与基板间，其中，该模具的一面至少具有一微/纳米结构，其特征尺寸在100μm以下；

所述顶针模块使所述模具与基板至少一部分脱离。

9、如权利要求8所述的脱模方法，其特征在于，所述基板为一成型材料层，以供所述模具进行转印成型。

10、如权利要求8所述的脱模方法，其特征在于，所述基板上涂有一成型材料层，以供所述模具进行转印成型。

11、如权利要求8所述的脱模方法，其特征在于，所述顶针利用一致动器驱动以插入所述模具与基板中间。

12、如权利要求11所述的脱模方法，其特征在于，所述致动器驱动所述顶针往任意自由度方向运动。

13、如权利要求8所述的脱模方法，其中，使用一震动致动器驱动所述顶针模块使模具与基板至少一部分脱离。

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