CN105607415B - 一种纳米压印头及具有该纳米压印头的压印设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米压印头，包括承重支架、模板吸盘、弹性件和至少三个用于控制承重支架纵向移动的电机组件；电机组件安装于外壳上，且下方设置有承重支架，承重支架下端与至少三个弹性件的上端连接，弹性件的下端设有用于吸附模板的模板吸盘。本发明所提供的纳米压印头中，通过将承重支架与模板吸盘之间设置弹性件，可以使得通过电机的作用进行移动的承重支架在下移压动的过程中，将压力通过至少三个弹性件均匀地传递给模板吸盘，从而提高压印效果和压印性能。本发明还公开了一种包括上述纳米压印头的压印设备。

Description

一种纳米压印头及具有该纳米压印头的压印设备

技术领域

本发明涉及纳米加工技术领域，更具体地说，涉及一种纳米压印头。此外，本发明还涉及一种包括上述纳米压印头的压印设备。

背景技术

纳米压印光刻利用传统机械模具微复型原理，代替包括光学、化学及光化学反应机理的传统投影光刻。其工作原理是通过模具下压，导致光刻胶流动并填充到模具表面的特征结构中，随后增大模具下压载荷，使残留层减薄到后续工艺允许的范围内，停止模具下压并固化光刻胶。

在现有技术中，纳米压印头多为气压式压印头或机械式压印头等，通过气压控制或机械控制实现压印过程。然而，现有技术中压印头的压印力往往不均匀，压印过程不平稳，导致压印效果较差。另外，气压式压印头和机械式压印头的体积较为庞大，使用过程较为复杂，不能够进行快速的纳米压印，并且不适合大规模生产的应用。

综上所述，如何提供一种压印平稳的纳米压印头，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种纳米压印头，该纳米压印头的压印力均匀。

本发明的另一目的是提供一种包括上述纳米压印头的压印设备。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种纳米压印头，包括承重支架、模板吸盘、弹性件和至少三个用于控制所述承重支架纵向移动的电机组件；所述电机组件安装于外壳上，且下方设置有所述承重支架，所述承重支架下端与至少三个所述弹性件的上端连接，所述弹性件的下端设有用于吸附模板的所述模板吸盘。

优选的，所述电机组件包括电机和弹性约束件；所述承重支架通过弹性约束件与所述外壳连接，所述电机的输出轴与所述承重支架接触，所述输出轴对所述承重支架的推力与所述弹性约束件对所述承重支架的弹性回复力方向相反。

优选的，所述弹性约束件包括可移动的套设在所述外壳上的调节杆，所述调节杆的一端设置有定位螺母，另一端与弹性调整件连接，所述弹性调整件的另一端通过吊杆与所述承重支架连接。

优选的，所述电机为音圈电机。

优选的，所有所述弹性件均匀地排布在所述模板吸盘上方。

优选的，所述模板吸盘为透明材质模板吸盘。

优选的，还包括用于测量所述电机组件的运动状态的传感器，所述传感器与用于根据所述传感器测得的所述电机组件的运动状态对所述电机进行反馈控制的控制装置连接。

优选的，所述传感器包括光栅尺读数头和光栅尺，所述光栅尺和所述光栅尺读数头中的一者设置于所述外壳上，另一者设置于所述承重支架上。

一种压印设备，包括纳米压印头，所述纳米压印头为上述任意一项所述的纳米压印头。

本发明所提供的纳米压印头中，通过将承重支架与模板吸盘之间设置弹性件，可以使得通过电机的作用进行移动的承重支架在下移压动的过程中，将压力通过至少三个弹性件均匀地传递给模板吸盘，可以避免由电机组件直接传动而导致模板吸盘在移动方向上的压力的突变，从而提高压印效果和压印性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供纳米压印头的具体实施例的结构示意图；

图2为本发明所提供纳米压印头的具体实施例的正视图；

图3为本发明所提供纳米压印头的具体实施例的俯视图。

上图1-3中：

1为弹性件、2为外壳、3为电机上固定块、4为电机、5为电机下固定块、6为光栅尺固定块、7为固定块、8为承重支架、9为光栅尺读数头固定套、10为定位螺母、11为固定套、12为调节杆、13为挂钩、14为弹性调整件、15为吊杆、16为模板吸盘。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种纳米压印头，该纳米压印头的压印力均匀。本发明的另一目的是提供一种包括上述纳米压印头的压印设备。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供纳米压印头的具体实施例的结构示意图；图2为本发明所提供纳米压印头的具体实施例的正视图；图3为本发明所提供纳米压印头的具体实施例的俯视图。

本发明所提供的纳米压印头，主要包括承重支架8、模板吸盘16、弹性件1和用于控制承重支架8纵向移动的电机组件。

其中，电机组件安装于外壳2上，且下方设置有承重支架8，承重支架8下端与弹性件1的上端连接，弹性件1的下端设有用于吸附模板的模板吸盘16。具体地，弹性件1具体可以为三个或者多于三个，另外，电机组件的个数也可以为三个或者多于三个。

需要提到的是，上述电机组件与承重支架8之间的安装方式有很多种，其中一种是电机组件的输出轴与承重支架8固定连接，输出轴直接决定承重支架8的移动范围和具体移动距离。另外一种是电机组件的输出轴与承重支架8为接触式连接，当输出轴下移时，可以推动承重支架8向下移动，当输出轴停止下移后，承重支架8也停止移动；当输出轴上移时，承重支架8可以通过连接于自身和外壳2之间的回弹件进行回弹运动。当然，承重支架8的运动方式并不局限于上述情况，可以根据电机组件结构和作用方式的不同，进行具体的调整。

需要提到的是，上述至少三个弹性件1分别连接于承重支架8的下端，而在弹性件1的下端则设有模板吸盘16，其中，弹性件1以其上端与承重支架8下端连接，若干个弹性件1分布在承重支架8下端，以实现将承重支架8的下压力较均匀地传递给模板吸盘16。

本实施例所提供的纳米压印头中，通过将承重支架8与模板吸盘16之间设置弹性件1，可以使得通过电机的作用进行移动的承重支架8在下移压动的过程中，将压力通过至少三个弹性件1均匀地传递给模板吸盘16，使得压力能够均匀施加在模板的平面上，从而提高压印效果和压印性能。

针对上述实施例中所提到的电机组件的输出轴与承重支架8为接触式连接情况，本发明提供了一种具体实施方式，其中，电机组件包括电机4和弹性约束件；承重支架8通过弹性约束件与外壳2连接，电机4的输出轴与承重支架8接触，输出轴对承重支架8的推力与弹性约束件对承重支架8的弹性回复力方向相反。

需要提到的是，上述电机4与承重支架8接触，并用于将承重支架8向远离外壳2的方向推动，而在承重支架8与外壳2之间还设置有弹性约束件，弹性约束件的作用是使承重支架8在不受电机4作用时恢复到初始位置，并且弹性约束件也可以限制承重支架8的移动范围。

可选的，也可以选择其他部件使承重支架8复位。

上述实施例中所提及的弹性约束件可以有多种结构和作用方式，在本发明所提供的一个具体实施例中，弹性约束件为手动调整移动范围的约束件。弹性约束件包括可移动的套设在外壳2上的调节杆12，调节杆12的一端设置有定位螺母10，另一端与弹性调整件14连接，弹性调整件14的另一端通过吊杆15与承重支架8连接。

具体地，调节杆12可以套设在外壳2上的固定套11内，调节杆12的一端通过定位螺母10实现与固定套11的定位。调节杆12的另一端设置有挂钩13，挂钩13与一个弹性调节件14连接，弹性调节件14的弹性方向的一端连接挂钩13，另一端连接吊杆15，吊杆15还与承重支架8连接，具体地，可以与图1中的电机下固定块5连接。上述装置通过改变调节杆12的有效长度，使弹性调节件14通过吊杆15作用于承重支架8上的作用力得到调整，从而改变承重支架8的约束载荷。可选的，电机下固定块5可以通过固定块7固定在外壳2上。

可选的，弹性调节件14可以为弹簧。

可选的，上述任意一个实施例中的电机4可以为音圈电机。在纳米压印头中，设置至少三个音圈电机，并用音圈电机的输出轴作用于承重支架8，可以使对承重载荷8的控制更加精确稳定。

可选的，一个上述电机4可以通过至少两个弹性约束件连接与承重支架8连接。进一步地，至少两个弹性约束件可以对称地设置在同一个电机4的两侧，或者至少两个弹性约束件按照环形设置在电机4的周边。

由上述实施例可以知道，承重支架8下面设置的弹性件1减缓了承重支架8作用在模板吸盘16上的不平衡的力，使得承重支架8与模板吸盘16之间的作用力均衡。所以为了使力的传递更加平稳，在上述各个实施例的基础之上，所有弹性件1可以均匀地排布在模板吸盘16上方。优选地，弹性件1设置在模板吸盘16的边缘处。均匀设置弹性件1指的是在垂直于承重支架8移动方向的平面内，按照阵列或者平均设置的方式进行设置。

可选的，弹性件1与模板吸盘16的位置关系，并不局限于上述情况，根据模板吸盘16的形状和承重支架8的形状和构造可以进行具体的设定。

可选的，承重支架8可以为盘类结构，且上述装置中仅包含一个承重支架8，即一个承重支架8的上方对应设置至少三个电机4，承重支架8的下方对应设置至少三个弹性件1。另外，弹性件1可以均匀分布在承重支架8下方。具体地，请参考图1，外壳2上设置三个电机4，电机4通过电机上固定块3固定于外壳2，且三个电机4按照环形均匀分布，电机4下方设置有承重支架8，每个电机4均与上述承重支架8接触连接。四个弹性件1均匀分布在承重支架8的下方，且位于模板吸盘16的边缘处。

在上述任意一个实施例的基础之上，模板吸盘16可以设置为透明材质模板吸盘。透明材质的模板吸盘16可以扩大曝光方向的范围，若使用透明材质，既可以从模板吸盘16的上方曝光，当然，也可以从模板吸盘16的下方曝光。

上述各个实施例中承重支架8的移动控制均是由电机4完成的，所以为了保证压印的稳定，需要对电机4的移动状态进行实时监控。在上述任意实施例的基础之上，还包括传感器和控制装置。传感器可以用于测量电机组件的运动状态，控制装置用于根据传感器测得的电机组件运动状态对电机4进行反馈控制，传感器与控制装置通讯连接。本实施例中的传感器除了检测作用以外，还实现了反馈环节的重要工作。

具体地，传感器包括光栅尺读数头和光栅尺，光栅尺和光栅尺读数头中的一者设置于外壳2上，另一者设置于承重支架8上。其中，在外壳2上设有用于贴光栅尺的光栅尺固定块6，承重支架8上设有用于装配光栅尺读数头的光栅尺读数头固定套9。

可选的，上述传感器也可以为其他类型或者型号的传感器，请参考现有技术，本文不再赘述。

可选的，本申请中所提及的任何具有弹性的部件或者用于施加回弹力的部件均可以选择任何弹性件，如弹簧等，并不限定选择的具体类型。

除了上述纳米压印头，本发明还提供一种包括了上述实施例公开的纳米压印头的压印设备，该压印设备的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的纳米压印头及具有该纳米压印头的压印设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种纳米压印头，其特征在于，包括承重支架(8)、模板吸盘(16)、弹性件(1)和至少三个用于控制所述承重支架(8)纵向移动的电机组件；所述电机组件安装于外壳(2)上，且下方设置有所述承重支架(8)，所述承重支架(8)下端与至少三个所述弹性件(1)的上端连接，所述弹性件(1)的下端设有用于吸附模板的所述模板吸盘(16)；

所述电机组件包括电机(4)和弹性约束件；所述承重支架(8)通过所述弹性约束件与所述外壳(2)连接，所述电机(4)的输出轴与所述承重支架(8)接触，所述输出轴对所述承重支架(8)的推力与所述弹性约束件对所述承重支架(8)的弹性回复力方向相反。

2.根据权利要求1所述的纳米压印头，其特征在于，所述弹性约束件包括可移动的套设在所述外壳(2)上的调节杆(12)，所述调节杆(12)的一端设置有定位螺母(10)，另一端与弹性调整件(14)连接，所述弹性调整件(14)的另一端通过吊杆(15)与所述承重支架(8)连接。

3.根据权利要求2所述的纳米压印头，其特征在于，所述电机(4)为音圈电机。

4.根据权利要求1所述的纳米压印头，其特征在于，所有所述弹性件(1)均匀地排布在所述模板吸盘(16)上方。

5.根据权利要求1所述的纳米压印头，其特征在于，所述模板吸盘(16)为透明材质模板吸盘。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的纳米压印头，其特征在于，还包括用于测量所述电机组件的运动状态的传感器，所述传感器与用于根据所述传感器测得的所述电机组件的运动状态对所述电机(4)进行反馈控制的控制装置连接。

7.根据权利要求6所述的纳米压印头，其特征在于，所述传感器包括光栅尺读数头和光栅尺，所述光栅尺和所述光栅尺读数头中的一者设置于所述外壳(2)上，另一者设置于所述承重支架(8)上。

8.一种压印设备，包括纳米压印头，其特征在于，所述纳米压印头为权利要求1至7任意一项所述的纳米压印头。