CN102241136B - 纳米压印装置及纳米压印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米压印装置及一种纳米压印方法。该纳米压印装置包括压印头、模具、加热装置及真空发生装置。该压印头包括压印面及与该压印面相对的固定面。该模具包括模仁及模腔，该模仁自该模腔中露出，具有纳米级特征尺寸的微细结构。该压印头及加热装置分别设于该模具的上方及下方。该压印面设有导气孔。该导气孔孔径与该模腔口径匹配。该真空发生装置与该导气孔相通，用于通过该导气孔于该压印头内产生吸附力。使用该纳米压印方法可避免支撑片被压碎及相对模具移位。

Description

纳米压印装置及纳米压印方法

技术领域

本发明涉及热压印技术领域，尤其涉及一种纳米压印装置及一种纳米压印方法。

背景技术

纳米压印，是指将具有纳米级特征尺寸的微细结构的模具通过一定压力，压入熔融的塑料内，待塑料冷却或固化，即该微细结构定型后，移去模具，获得具有纳米级微细结构的产品。近年来，纳米压印技术已广泛应用于制作半导体组件及光学组件。

一般而言，太阳能集光系统采用菲涅尔透镜会聚太阳光，采用芯片将该会聚后的太阳光转换为电能。菲涅尔透镜一般由塑料制成，耐候性较差。通常于菲涅尔透镜表面附上玻璃片或其它高透明片材作为支撑片来提高菲涅尔透镜的使用寿命。对应地，采用纳米压印技术生产菲涅尔透镜时，需将模具置于承载台，将塑料置于模具模腔中，该模腔中形成有纳米级特征尺寸的微细结构，将支撑片置于塑料表面封闭该模腔，利用加热装置加热压印头，然后利用高温压印头压住支撑片。于压印过程中，塑料将形成熔融体，支撑片将与该熔融塑料成一体。但是，支撑片容易相对塑料滑动，且压力于支撑片的分布为中间较大，边缘较小。这导致支撑片中间部分容易被压碎。

有鉴于此，提供一种纳米压印装置及一种纳米压印方法来避免支撑片移位及被压碎实为必要。

发明内容

以下以实施方式为例说明一种可避免支撑片移位及被压碎的纳米压印装置及一种纳米压印方法。

一种纳米压印装置，其包括压印头、模具、及加热装置。该压印头包括压印面及与该压印面相对的固定面。该模具包括模仁及模腔，该模腔用于容纳熔融体塑料，该模仁自该模腔中露出且具有纳米级特征尺寸的微细结构。该压印头及加热装置分别设于该模具的上方及下方。该压印面设有导气孔。该导气孔孔径与该模腔口径匹配。该纳米压印装置还包括与该导气孔相通的真空发生装置，该真空发生装置用于通过该导气孔于该压印头内产生吸附力将支撑片固定于该压印头，该压印头还用于将该支撑片压至该熔融体塑料，该支撑片能封闭该模腔，从而制作附有该支撑片的光学组件。

一种纳米压印装置，其包括压印头、模具及加热装置，该压印头包括压印面及与该压印面相对的固定面，该模具包括模仁及模腔，该模腔用于容纳熔融体塑料，该模仁自该模腔中露出且具有纳米级特征尺寸的微细结构，该压印头及该加热装置分别设于该模具的上方及下方，该压印面设有导气孔，该纳米压印装置还包括真空发生装置及环形垫圈，该环形垫圈内径与该模腔口径匹配，该环形垫圈固定于该压印面，并环绕该导气孔，该真空发生装置与该导气孔相通，用于通过该导气孔于该环形垫圈处产生吸附力将支撑片固定于该压印头，该压印头还用于将该支撑片压至该熔融体塑料，该支撑片能封闭该模腔，从而制作附有该支撑片的光学组件。

一种纳米压印方法，包括：

提供如上所述的纳米压印装置，该模具还具有模压面及支撑部，该模腔由该模压面朝该模具内部开设，该支撑部环绕该模腔；

于模具的模腔内填充塑料；

于模具的模腔内填充塑料；

利用加热装置于模具下方加热模具至该塑料料形成熔融体；

提供支撑片，将支撑片置于该模具的支撑部并利用该支撑片封闭该模腔；

利用真空发生装置于压印头内产生的吸附力将支撑片固定于该压印头；及利用该压印头将该支撑片压至该熔融体，从而制作附有该支撑片的光学组件。

相较于现有技术，本技术方案的纳米压印装置及纳米压印方法采用真空发生装置于压印头内产生吸附力来固定支撑片，避免支撑片移位。另，该导气孔孔径与模腔口径匹配，支撑片与该导气孔相对应的部分不承受压力，进一步可避免支撑片破碎。

附图说明

图1为本技术方案一实施方式提供的纳米压印装置的示意图。

图2为采用图1所示纳米压印装置制作菲涅尔透镜的示意图。

图3为本技术方案另一实施方式提供的纳米压印装置的示意图。

图4为本技术方案再一实施方式提供的纳米压印装置的示意图。

主要元件符号说明

纳米压印装置             100、200、300

承载台                   10、210、310

模具                     20、220、320

加热装置                 30、230、330

压印头                   40、240、340

真空发生装置             50、250、350

承载面                   11、211

模压面                   21

模腔                     22、322

模仁                     23

支撑部                   24

微细结构                 231

压印面                   41、241、341

固定面                   42、342

通孔                     43

导气孔                   431、243、344

连通孔                   432

导气管                   51

真空发生器               52

支撑片                   60

具体实施方式

本技术方案提供的纳米压印装置及纳米压印方法适用于通过模压工艺制作具有支撑片的光学组件及半导体组件。为便于理解，以下以制作带有支撑片的菲涅尔透镜为例，对该纳米压印装置及纳米压印方法进行详细说明。

参见图1，本技术方案一实施方式提供的纳米压印装置100包括承载台10、模具20、加热装置30、压印头40及真空发生装置50。

承载台10具有承载面11。该承载面11用于承载模具20。

模具20具有模压面21、模腔22、模仁23及支撑部24。模腔22由模压面21朝模具20内部开设。支撑部24环绕模腔22。模仁23自该模腔22中暴露出。模仁23具有纳米级特征尺寸的微细结构231，该微细结构231与待生产的菲涅尔透镜的光学结构一致。模具20可移动地设于承载面11。

加热装置30设于承载台10下方，用于加热模具20。

压印头40设于承载台10上方，并与承载面11相对。压印头40具有压印面41、与压印面41相对的固定面42及阶梯状通孔43。压印面41与承载面11相对。固定面42用于与驱动装置(图未示)相连，以使压印头40于该驱动装置驱动下朝靠近或远离该承载面11的方向运动。通孔43包括导气孔431及连通孔432。导气孔431自压印面41的中心区域朝靠近固定面42的方向开设，其口径与模具20的模腔22的口径匹配。连通孔432贯通固定面42，并与导气孔431相通，其孔径小于导气孔431的口径。由此，连通孔432与导气孔431配合贯通压印面41及固定面42。

真空发生装置50包括导气管51及与导气管51相通的真空发生器52。导气管51的一端与连通孔432相通，另一端与该真空发生器52相通。真空发生器52用于通过导气管51于导气孔431处产生吸附力。

请一并参阅图1及图2，采用本实施方式提供的纳米压印装置100制作菲涅尔透镜时，需将模具20置于承载台10的承载面11，于模具20的模腔22内填充塑料，利用加热装置30加热该塑料至形成熔融体。将支撑片60置于模具20的支撑部24，并封闭该模腔22。该支撑片可为玻璃片或其它透明度高的材料。驱动压印头40朝支撑片60运动，直到压印头40的压印面41与支撑片60接触，开启真空发生器52，则支撑片60将因吸附力稳固地固定于压印面41。继续压紧支撑片60及模具20，则部分熔融体将被压入模仁23内，其余部分熔融体形成与模腔22相同的形状及尺寸，待该熔融体冷却固化，移去模具20，则制得附有支撑片60的菲涅尔透镜。

本实施方式的纳米压印装置100利用真空发生装置50产生的吸附力吸附支撑片，可避免支撑片60于纳米压印过程中移位。另，模具20的模腔22的口径与压印头40的导气孔431的口径匹配，压印头40的压力直接施于模具20的支撑部24对应的部分支撑片60，该部分支撑片60被支撑部24支撑，而与模腔22对应的部分支撑片60不承担压力，进一步地避免了支撑片60破碎。

请参见图3，本技术方案另一实施方式提供的纳米压印装置200包括承载台210、模具220、加热装置230、压印头240、真空发生装置250及环形垫圈260。其中，模具220、压印头240及真空发生装置250的结构与模具20、压印头40及真空发生装置50的结构相同。加热装置230收容于承载台210内，并临近承载面211。环形垫圈260固定于压印头240的压印面241，其内径与压印头240的导气孔243的口径匹配。环形垫圈260环绕导气孔243。于纳米压印时，支撑片于真空发生装置250产生的吸附力的作用下固定于该环形垫圈260。

请参见图4，本技术方案再一实施方式提供的纳米压印装置300包括承载台310、模具320、加热装置330、压印头340、真空发生装置350及环形垫圈360。其中，模具320及真空发生装置350的结构与模具20及真空发生装置50的结构相同。压印头340的导气孔344直径恒定，其直接贯通压印面341及固定面342。环形垫圈360固定于压印头340的压印面341，其内径与模具320的模腔322的口径匹配。于纳米压印时，支撑片于真空发生装置350产生的吸附力的作用下固定于该环形垫圈360。

可以理解的是，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化等用于本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种纳米压印装置，其包括压印头、模具及加热装置，该压印头包括压印面及与该压印面相对的固定面，该模具包括模仁及模腔，该模腔用于容纳熔融体塑料，该模仁自该模腔中露出且具有纳米级特征尺寸的微细结构，其特征是，该压印头及该加热装置分别设于该模具的上方及下方，该压印面设有导气孔，该导气孔孔径与该模腔口径匹配，该纳米压印装置还包括与该导气孔相通的真空发生装置，该真空发生装置用于通过该导气孔于该压印头内产生吸附力将支撑片固定于该压印头，该压印头还用于将该支撑片压至该熔融体塑料，该支撑片能封闭该模腔，从而制作附有该支撑片的光学组件。

2.如权利要求1所述的纳米压印装置，其特征是，该纳米压印装置还包括环形垫圈，该环形垫圈固定于该压印面，并环绕该导气孔，该环形垫圈的内径与该模腔口径匹配。

3.如权利要求2所述的纳米压印装置，其特征是，该压印头还设有与该导气孔相通的连通孔，该真空发生装置通过该连通孔与该导气孔相通。

4.如权利要求1至3任一项所述的纳米压印装置，其特征是，该纳米压印装置还包括与该压印头相对的承载台，该模具可移动地承载于该承载台。

5.如权利要求4项所述的纳米压印装置，其特征是，该加热装置收容于该承载台内。

6.一种纳米压印装置，其包括压印头、模具及加热装置，该压印头包括压印面及与该压印面相对的固定面，该模具包括模仁及模腔，该模腔用于容纳熔融体塑料，该模仁自该模腔中露出且具有纳米级特征尺寸的微细结构，其特征是，该压印头及该加热装置分别设于该模具的上方及下方，该压印面设有导气孔，该纳米压印装置还包括真空发生装置及环形垫圈，该环形垫圈内径与该模腔口径匹配，该环形垫圈固定于该压印面，并环绕该导气孔，该真空发生装置与该导气孔相通，用于通过该导气孔于该环形垫圈处产生吸附力将支撑片固定于该压印头，该压印头还用于将该支撑片压至该熔融体塑料，该支撑片能封闭该模腔，从而制作附有该支撑片的光学组件。

7.如权利要求6所述的纳米压印装置，其特征是，该纳米压印装置还包括与该压印头相对的承载台，该模具可移动地承载于该承载台。

8.如权利要求7所述的纳米压印装置，其特征是，该加热装置收容于该承载台内。

9.一种纳米压印方法，包括：

提供如权利要求1或者6所述的纳米压印装置，该模具还具有模压面及支撑部，该模腔由该模压面朝该模具内部开设，该支撑部环绕该模腔；

于模具的模腔内填充塑料；

利用加热装置于该模具下方加热该模具至该塑料料形成熔融体；

提供支撑片，将支撑片置于该模具的支撑部并利用该支撑片封闭该模腔；

利用真空发生装置于压印头内产生的吸附力将支撑片固定于该压印头；及

利用该压印头将该支撑片压至该熔融体，从而制作附有该支撑片的光学组件。

10.如权利要求9所述的纳米压印方法，其特征是，该压印头上固定有垫圈，该垫圈的内径与该模腔口径匹配，该支撑片通过该吸附力固定于该垫圈。