CN106994777A - 一种新型光固化微压印成型技术及设备 - Google Patents

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贺建芸
赵长松
谢鹏程
康维嘉
罗锡丹
刘振文
丁玉梅
杨卫民
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
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    • B29C59/046—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing using rollers or endless belts for layered or coated substantially flat surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种新型光固化微压印成型技术及设备，包括以下步骤：光固化材料通过加料装置加到位于传送带上的透明基材上，经过压平调厚装置的调节，使透明基材上的光固化物料厚度均匀，然后进入压印区，压印的同时进行紫外光辐照，光固化物料在压力下于压印区完全固化，使光固化膜与透明基材成为一体，然后通过剥离辊使微压印制品从压印辊上脱离，得到满足要求的光固化微压印制品。本发明技术无需加热冷却过程即可成型微结构制品，压印设备简单、操作方便、生产效率高，更易实现产业化应用。

Description

一种新型光固化微压印成型技术及设备
技术领域
本发明属于微加工领域，涉及一种新型微压印光固化成型技术及设备，应用领域主要有：光学微结构件、微电子元器件、半导体元器件、生物流控芯片、聚合物微结构防污件等领域。
背景技术
微压印成型是一种在基片材料上形成微结构图案的压印成型方法，与传统的光学光刻相比具有分辨率高的优点，与电子束光刻相比则具有成本低，适合大批量生产的优点。因此微压印成型技术一诞生就以其高分辨率，高产率，低成本等的突出优势，在微加工领域凸显出强大的竞争力和广阔的应用前景。
近年来由于微结构制品被更多的行业所应用，其需求量急剧增加，对其精度要求也越来越高，而目前微结构制品大多是采用聚合物热压印方法成型，热压印技术的基本原理是：首先将聚合物基片加热到玻璃化温度以上，然后在一定压力的作用下，将压印模具压在聚合物基片上，使高温熔融态的聚合物填充到模具上的微结构中，冷却定型后脱模，达到微结构复制转移的目的。但是聚合物热压印存在如下问题：压印需要在高温高压的条件下实施，而且即使在高温高压的条件下，仍然可能出现模具上的微结构不能完全被聚合物填充的现象；并且热压印要求被压印材料有足够的高热导率以保证被压印材料能够快速熔融和冷却成型，同时还要求被压印材料有较低的热膨胀系数以减少热胀冷缩对微结构制品精度的影响。因此，聚合物热压印的广泛应用受到了很大限制。
近年来光固化技术发展迅速，应用领域越发广泛。并且光固化材料常温下为液态，易于充模，能够在紫外光辐照下即可快速固化成型。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型光固化微压印技术及设备。利用光固化材料常温下为液态、易于充模流动、不需加热即可成型的特点，进行光固化微压印成型。与现有的聚合物热压印成型加工相比，微压印光固化可以使模具上的微结构能够更充分地填充，可获得成型精度较高的微结构制品；而且避免了压印 辊及基材等的加热冷却，可以节省大量的能量和时间。该方法具有成型速度快，生产周期短，能量消耗低等特点。
为达到上述的发明目的，本发明的技术方案是：一种新型光固化微压印技术及设备。包括以下内容：
一.工艺路线：
(1)将光固化液态物料加到位于传送带并随着传送带移动的透明基材上；
(2)涂覆有光固化材料的透明基材随传送带移动，经过压平调厚装置，透明基材上的光固化物料被涂敷均匀，达到所需厚度；
(3)然后，均匀涂覆光固化物料的透明基材进入压印区，在一定压力作用下被压印辊压印，同时，紫外光照射透明基材，使光固化材料快速固化，从而把压印辊上的微结构图案转移到了基材上(由于透明基材经过特殊表面处理，紫外光辐照后，透明基材与其上的具有微结构的光固化膜结合为一体)；
(4)最后，带有微结构的基材经剥离装置与压印辊脱离，得到光固化微压印制品。
二.主要装置：
1.压平调厚装置：光固化材料常温下是具有一定粘度的液态物料，当其被加到位于传送带上的透明基材上时，基材上光固化材料的厚度可能不均匀。为了保证进入压印区前透明基材上的光固化物料厚度均匀一致，本发明设置了一个压平调厚装置，保证其厚度均匀及厚度可调。压平调厚装置主要由两个调厚辊组成，其间距可根据不同需要而精确调节，间距调节精度要求达到0.01mm以内。
2.微压印保压装置：主要由压印辊(带有微结构图案)，支承辊，剥离辊组成。在压印区，压印辊、支承辊、剥离辊和基材的牵引力共同作用，产生对基材上光固化材料的压力。压印的过程中，紫外光对基材进行辐照，基材上的光固化材料在压力下固化成型。保压时间可以调节：通过调节剥离辊相对于压印辊的位置，改变压印区的长度，从而调节保压时间。
3.光照装置：高压汞灯或UVLED(光强可调)。
4.自动剥离装置：调节剥离辊相对于压印辊的位置，使基材与剥离辊和压印辊同时相切，以保证光固化成型制品顺利脱离压印辊。
本发明的效果：压平调厚装置保证进行微压印之前物料厚度的均匀性。光固化微压印技术和微压印保压装置可以保证室温下完成微结构的成型加工，不需要高温加热过程，可有效地避免能量的消耗以及热膨胀因素对制品精度的影响，同时摒弃了繁杂的加热冷却过程，成型效率大幅提升，周期缩短。自动剥离装置可以使具有微结构的制品顺利脱离压印辊，保证微结构制品的精度及其完整性。
具体实施方案：本发明一种新型光固化微压印成型方法的工作原理如附图所示，光固化材料通过加料装置加到置于传送带上的透明基材上，经过压平调厚装置(1)的调节，使透明基材上的光固化物料厚度均匀，然后经支承辊(3)进入压印区，压印的同时进行紫外光(5)辐照，光固化物料在压力下于压印区完全固化，使光固化膜与透明基材成为一体，然后通过剥离辊(4)使微压印制品从压印辊(2)上脱离，得到所需光固化微压印制品。
附图说明
图1为简化工作原理图。

Claims (8)

1.一种新型光固化微压印成型技术及设备，其特征在于：包括压平调厚装置、微压印保压装置、光照装置和自动剥离装置。透明基材上的光固化材料通过压平调厚装置均匀涂覆于透明基材上，在压印区进行紫外光辐照，同时保压固化，使光固化膜与透明基材成为一体，通过剥离辊使微压印制品从压印辊上脱离。
2.如权利1要求所述的新型光固化微压印成型技术及设备，其特征在于：所述的透明基材包括PMMA、PC、PS、PP、PET、PBT等热塑性聚合物。
3.如权利1要求所述的新型光固化微压印成型技术及设备，其特征在于：所述的压平调厚装置由两个同步转动的调厚辊组成，其间距可精确调节，以保证聚合物基材上光固化物料微压印前厚度的均一可调。
4.如权利1要求所述的新型光固化微压印成型技术及设备，其特征在于：所述的微压印保压装置由支承辊、压印辊和剥离辊组成。
5.如权利1要求所述的新型光固化微压印成型技术及设备，其特征在于：所述的剥离辊相对于压印辊的位置可以调节，改变压印区的长度，从而调节保压时间，以实现不同工艺要求。
6.如权利1要求所述的新型光固化微压印成型技术及设备，其特征在于：所述的压印辊表面经过特殊处理，紫外光辐照后，透明基材与其上的具有微结构的光固化膜结合为一体。
7.如权利1要求所述的新型光固化微压印成型技术及设备，其特征在于：所述的透明基材，其牵引力的大小可以调节，保证保压压力可以调节，以实现不同工艺要求。
8.如权利1要求所述的新型光固化微压印成型技术及设备，其特征在于：所述的光照装置为UVLED或高压汞灯等。
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