CN106990671B - 一种负压式纳米压印设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压印技术领域，尤其涉及一种负压式纳米压印设备。其包括外支撑架、支撑座以及纳米压印系统，其中纳米压印系统固定在支撑座上，支撑架架设在纳米压印系统外部，固定在支撑座的上部边缘，而纳米压印系统包括用以灯光照射的UV LED灯、位于UV LED灯下部的压印模板、位于压印模板下方的压印平台，而压印平台通过伺服驱动系统固定在支撑座之上，压印平台自上而下包括涂抹的光刻胶、压印基板以及带抽真空系统的吸盘。本设备在真空腔内压印，相比常压下压印，压印过程不会产生气泡，压印胶在真空的吸附作下能够填充到整个结构，保证模板的结构完全能够转移到基板上。

Description

一种负压式纳米压印设备

技术领域

本发明涉及压印技术领域，尤其涉及一种负压式纳米压印设备。

背景技术

随着工业技术的高速发展，微米级以下的精密加工越来越多的应用到各行各业，而现有的机加工很难实现这些超精密加工，自然而然需要一种加工方式替代机加工，而纳米压印是最好的替代方式，通过纳米压印设备，可以加工微米以下的精密零件，这样既解决了机加工的不可实现性，有提高了加工效率和生产成本。

现有的纳米压印设备虽然能够实现高精度的压印，但是非常容易产生气泡，压印胶也难以填充到整个压印结构，降低了模板的压印精度和区域。并且模板和基板的损失率较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何克服现有技术的不足，提供一种负压式纳米压印设备。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种负压式纳米压印设备，包括外支撑架、支撑座以及纳米压印系统，其中纳米压印系统固定在支撑座上，支撑架架设在纳米压印系统外部，固定在支撑座的上部边缘，而纳米压印系统包括用以灯光照射的UV LED灯、位于UV LED灯下部的压印模板、位于压印模板下方的压印平台，而压印平台通过伺服驱动系统固定在支撑座之上，压印平台自上而下包括涂抹的光刻胶、压印基板以及带抽真空系统的的吸盘，所述纳米压印系统还包括用以实现真空状态的压印壳体，分为上压印壳体和下压印壳体，上压印壳体的上端与所述外支撑架的底面之间安装有压印气缸，上压印壳体的上表面设有可视窗口，而所述的UV LED灯固定在上压印壳体的下表面，位于可视窗口下方，上压印壳体的下部内侧通过密封胶固定有石英玻璃，下压印壳体位于上压印壳体的下方，所述的纳米压印系统置于所述下压印壳体的内底部，纳米压印系统的伺服驱动系统穿过下压印壳体的下底与支撑座连接，压印模板位于上压印壳体与下压印壳体之间，其边缘与上压印壳体的下底边和下压印壳体的上顶边相对应，所述下压印壳体的底面与支撑座之间还设有压印壳体支撑座，用以支撑上、下压印壳体，在上压印壳体与下压印壳体的侧面还设有真空调节装置，所述真空调节装置包括压力传感器、真空调节器和正压调节器，其中压力传感器位于压印壳体的一侧面，真空调节器和正压调节器通过真空管道安装在压印壳体的另一侧面，真空调节装置通过真空管道和正压管道与外界的真空泵和正压气源连接，所述上压印壳体与下压印壳体之间还通过柔性真空管道和自动调压阀进行联通。

进一步，UV LED灯采用面光源。

进一步，压印气缸设有四组。

进一步，上压印壳体和下压印壳体的外侧均设有一组真空调节器和正压调节器。

进一步，所述真空调节器通过真空管道与外界的真空泵连接，所述正压调节器通过正压管道接在正压气源上。

进一步，上压印壳体的下底边与下压印壳体的上顶边均覆盖有硅橡胶密封圈，用以在压印时与所述压印模板之间保持密封。

本发明的优点在于：

本设备在真空腔内压印，相比常压下压印，压印过程不会产生气泡，压印胶在真空的吸附作下能够填充到整个结构，，保证模板的结构完全能够转移到基板上；

在低真空下要保持腔体的压差，在压差的作用下模板向下弯曲，这样压印可以从中心向四周压印，保证压印过程中不会有气泡压进去；

通过上下腔同时控制压差，通过压力检测器和压力调节器的联合恒压，再结合PLC的自动PID调节，很好的解决了压差能够线性控制，保证了压印的均匀性和稳定性；

压印完成之后通过压差自动分开，相比机械式分离，力的均匀性好，压力可以线性控制，保证从四周向中间分离，模板和基板的结构损失率远远低于硬力式分离；

伺服电缸，下压印壳体和外界是通过金属波纹管连接，这样保证了下腔的密封性，也保证了伺服上下走的时候波纹管有很好的伸缩性；

本设备的曝光光源采用UV LED面光源(1000W)，波长365nm的紫外灯曝光，曝光时间短，光照分布均匀、散热小、质量好。

附图说明

图1本发明整体结构示意图。

具体实施方式

一种负压式纳米压印设备，包括外支撑架1、支撑座2以及纳米压印系统，其中纳米压印系统固定在支撑座2上，支撑架1架设在纳米压印系统外部，固定在支撑座2的上部边缘，而纳米压印系统包括用以灯光照射的UV LED灯3、位于UV LED灯3下部的压印模板4、位于压印模板4下方的压印平台5，而压印平台5通过伺服驱动系统6固定在支撑座2之上，在使用时，压印平台5自上而下包括涂抹的光刻胶51、压印基板52以及带抽真空系统的的吸盘53，纳米压印系统还包括用以实现真空状态的压印壳体，分为上压印壳体7和下压印壳体8，上压印壳体7的上端与所述外支撑架1的底面之间安装有压印气缸71，上压印壳体7的上表面设有可视窗口72，而UV LED灯3固定在上压印壳体7的下表面，位于可视窗口72下方，上压印壳体7的下部内侧通过密封胶固定有石英玻璃73，下压印壳体8位于上压印壳体7的下方，纳米压印系统置于所述下压印壳体8的内底部，纳米压印系统的伺服驱动系统6穿过下压印壳体8的下底与支撑座2连接，压印模板4位于上压印壳体7与下压印壳体8之间，其边缘与上压印壳体7的下底边和下压印壳体8的上顶边相对应，下压印壳体8的底面与支撑座2之间还设有压印壳体支撑座81，用以支撑压印壳体，在上压印壳体7与下压印壳体8的侧面还设有真空调节装置，该真空调节装置包括压力传感器91、真空调节器92和正压调节器93，其中压力传感器91位于压印壳体的一侧面，真空调节器92和正压调节器93通过正压管道安装在压印壳体的另一侧面，上压印壳体7与下压印壳体8之间还通过柔性真空管道和自动调压阀94进行联通。

可视窗口72也采用石英玻璃制成。

UV LED灯3采用面光源。压印气缸71设有四组，分布在上压印壳体7顶面的边缘处。

上压印壳体7和下压印壳体8的外侧均设有一组真空调节器92和正压调节器93。

真空调节器92通过真空管道与外界的真空泵连接，正压调节器93通过正压管道接在正压气源上。

上压印壳体7的下底边与下压印壳体8的上顶边均覆盖有硅橡胶密封圈10，用以在压印时与压印模板4之间保持密封。

本发明的工作原理是：通过压印气缸71将上压印壳体7提升，使其与下压印壳体8分离，再将涂有光刻胶的压印基板52放到吸盘53上，通过吸盘连接的抽真空系统(设有真空电磁阀和正压电磁阀)实现对压印基板的吸附操作，同理，开启内部的正压电磁阀则实现吸附解除；然后将压印模板4放在下压印壳体8的上顶边上，再通过压印气缸71将上压印壳体7下压，压紧压印模板4；

紧接着，打开联通上压印壳体7与下压印壳体8的自动调压阀94，此时上压印壳体7与下压印壳体8之间联通；

进行上压印壳体7抽真空操作，打开上压印壳体7侧面的真空调节器92，通过上压印壳体7侧面的压力传感器91进行检测，与此同时也对下压印壳体8进行抽真空操作，打开下压印壳体8侧面的真空调节器92，通过下压印壳体8侧面的压力传感器91进行检测，由于自动调压阀94的开启，上压印壳体7与下压印壳体8之间的压力值相同，上下没有压差，当抽真空到达设定值时，保持该压力，；

在上下没有压差的情况下，关闭自动调压阀94，逐步对上压印壳体7进行充气操作，打开其侧面的正压力调节器93，仍通过压力传感器91进行气压检测，待充气达到所需压力值时，停止操作，此时上下存在压差，压印模板4在气压差的状态下，开始向下弯曲，在上压印壳体7充气的过程中，上压印壳体7一侧的真空调节器92一直是打开状态，进行一边充气、一边抽气，实现动态平衡；

压印模板4向下弯曲后，通过纳米压印系统的伺服驱动系统6提升带有光刻胶51的压印基板52，直至与压印模板4贴合，然后开始进行UV LED灯3的照射曝光，曝光完成后将灯收回到设备内部；

进一步，下压印壳体8内部通过正压调节阀91充气，直至上、下压印壳体内的压力相同，此时，打开自动调压阀94，关闭上压印壳体7处的真空调节阀92和下压印壳体8处的真空调节阀92与正压力调节器93，然后通过上压印壳体7处的正压力调节器93进行充气操作，直至达到大气压强，关闭正压力调节器93，此时，上、下压印壳体内的压力相同，且均为大气压强；

最后，再次关闭自动调压阀94，进行下压印壳体8的充气操作，使下压印壳体8内的压力大于上压印壳体7内部压力，压印模板52在压力作用下缓慢向上弯曲凸起，逐渐脱离压印基板52，直至完全分离，停止充气，通过伺服驱动系统6向下移动压印完成的压印基板52，而后再次开启自动调压阀94，恢复压印模板4的平衡状态，通过压印气缸71提升上压印壳体7，解除压印壳体内的正压状态，取出压印模板4和压印好的基板。这时候，压印模板上的结构被转移到光刻胶上，通过进一步的显影，刻蚀操作，把光刻胶上的结构转移到压印基板上，实现了纳米压印功能。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种负压式纳米压印设备，包括外支撑架、支撑座以及纳米压印系统，其中纳米压印系统固定在支撑座上，支撑架架设在纳米压印系统外部，固定在支撑座的上部边缘，而纳米压印系统包括用以灯光照射的UVLED灯、位于UVLED灯下部的压印模板、位于压印模板下方的压印平台，而压印平台通过伺服驱动系统固定在支撑座之上，压印平台自上而下包括涂抹的光刻胶、压印基板以及带抽真空系统的吸盘，其特征在于，所述纳米压印系统还包括用以实现真空状态的压印壳体，分为上压印壳体和下压印壳体，上压印壳体的上端与所述外支撑架的底面之间安装有压印气缸，上压印壳体的上表面设有可视窗口，而所述的UVLED灯固定在上压印壳体的下表面，位于可视窗口下方，上压印壳体的下部内侧通过密封胶固定有石英玻璃，下压印壳体位于上压印壳体的下方，所述的纳米压印系统置于所述下压印壳体的内底部，纳米压印系统的伺服驱动系统穿过下压印壳体的下底与支撑座连接，所述的压印模板位于上压印壳体与下压印壳体之间，其边缘与上压印壳体的下底边和下压印壳体的上顶边相对应，所述下压印壳体的底面与支撑座之间还设有压印壳体支撑座，用以支撑上、下压印壳体，在上压印壳体与下压印壳体的侧面还设有真空调节装置，所述真空调节装置包括压力传感器、真空调节器和正压调节器，其中压力传感器位于压印壳体的一侧面，真空调节器和正压调节器通过管道安装在压印壳体的另一侧面，所述真空调节装置通过真空管道和正压管道与外界的真空泵和正压气源连接，所述上压印壳体与下压印壳体之间还通过柔性真空管道和自动调压阀进行联通，压印过程中，在上下没有压差的情况下，关闭自动调压阀，逐步对上压印壳体进行充气操作，打开其侧面的正压力调节器，仍通过压力传感器进行气压检测，待充气达到所需压力值时，停止操作，此时上下存在压差，压印模板在气压差的状态下，开始向下弯曲，在上压印壳体充气的过程中，上压印壳体一侧的真空调节器一直是打开状态，进行一边充气、一边抽气，实现动态平衡；在脱模过程中，下压印壳体内部通过正压调节阀充气，直至上、下压印壳体内的压力相同，此时，打开自动调压阀，关闭上压印壳体处的真空调节阀和下压印壳体处的真空调节阀与正压力调节器，然后通过上压印壳体处的正压力调节器进行充气操作，直至达到大气压强，关闭正压力调节器，此时，上、下压印壳体内的压力相同，且均为大气压强，最后，再次关闭自动调压阀，进行下压印壳体的充气操作，使下压印壳体内的压力大于上压印壳体内部压力，压印模板在压力作用下缓慢向上弯曲凸起，逐渐脱离压印基板，直至完全分离。

2.根据权利要求1所述的一种负压式纳米压印设备，其特征在于：所述的UVLED灯采用面光源。

3.根据权利要求1所述的一种负压式纳米压印设备，其特征在于：所述压印气缸设有四组。

4.根据权利要求1所述的一种负压式纳米压印设备，其特征在于：所述上压印壳体和下压印壳体的外侧均设有一组真空调节器和正压调节器。

5.根据权利要求4所述的一种负压式纳米压印设备，其特征在于：所述真空调节器通过真空管道与外界的真空泵连接，所述正压调节器通过正压管道接在正压气源上。

6.根据权利要求1所述的一种负压式纳米压印设备，其特征在于：所述上压印壳体的下底边与下压印壳体的上顶边均覆盖有硅橡胶密封圈，用以在压印时与所述压印模板之间保持密封。

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