CN108762001A - 一种批量化制造大面积微纳米结构的装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种批量化制造大面积微纳米结构的装置及其工作方法，其提高了压印图形的精度和质量，同时也提高了微纳米压印设备的效率、可靠性和模具的使用寿命，其技术方案为：包括底板，所述底板固定设置垂直的导向杆，导向杆顶部与顶板固定连接，导向杆中部穿设有支撑板，驱动装置与支撑板连接带动支撑板上下移动，驱动装置和支撑板之间设有压力检测模块；所述支撑板底部由前至后依次连接有辅助压印模块、主压印模块、固化模块，所述辅助压印模块包括压印辊轮，压印辊轮中部穿设辊轮轴，辊轮轴两端与压印辊轮连接架连接，压印辊轮连接架顶部通过辅助压印模块导向杆与往复移动机构连接，往复移动机构可带动压印辊轮上下移动。

Description

一种批量化制造大面积微纳米结构的装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及微纳制造技术领域，特别是涉及一种批量化制造大面积微纳米结构的装置及其工作方法。

背景技术

高清平板显示、高效太阳能电池板、抗反射和自清洁玻璃、LED图形化、OLED、LCD、晶圆级微纳光学器件等领域为了改进和提高产品的性能和品质，对于大面积微纳米结构批量化制造技术有着非常巨大的产业需求。这些产品其共同特征是需要在大尺寸非平整刚性衬底上(硬质基材或者基板)高效、低成本制造出大面积复杂三维微纳米结构。但是，现有的各种微纳米制造技术(诸如电子束光刻、光学光刻、激光干涉光刻、全息光刻、自组装等)无论在技术层面(非平整衬底大面积微纳图形化、复杂三维微纳结构批量化制造)，还是在图形化的生产成本、效率、一致性、良率等方面都还难以满足工业级规模化生产的实际要求。

纳米压印光刻(Nanoimprint Lithography，NIL)作为一种全新的微纳米制造技术，较之现行的投影光刻和下一代光刻技术，具有高分辨率、超低成本(国际权威机构评估同等制作水平的NIL比传统光学投影光刻至少低一个数量级)和高生产率的特点，而且其最显著的优势在于大面积、复杂三维微纳结构制造的能力以及非平整衬底的图形化，尤其是软紫外纳米压印工艺还具有在非平整(弯曲、翘曲或者台阶)、曲面、易碎衬底上底上实现晶圆级纳米压印的潜能，以及滚压印工艺所特有的连续图形化能力。此外，NIL是基于压印材料受力变形而实现其图形化，不涉及各种高能束的使用，对于衬底的损伤较小，这对于许多光电子、量子器件的应用非常重要。

虽然纳米压印光刻技术已被认为是当前最具工业化应用前景的微纳米制造技术之一，但是大面积纳米压印受力不均、模具与非平整衬底共形接触能力差、模具与压印材料接触区域气泡缺陷等难题严重制约着纳米压印广泛工业化应用。

目前，纳米压印主要有三种工艺方法：平面对平面压印；滚对平面压印；滚对滚压印。平面对平面压印存在大面积共形接触、大面积均匀施压、气泡消除等问题，滚对滚压印难以用于硬质刚性衬底微纳图形化，滚对平面压印对刚性衬底平整度要求高压印面积也存在局限性。

中国专利申请公开了一种压印光刻机，其虽能解决上述问题，但仍存在以下不足和缺陷：(1)在其复合软模具铺放过程中，复合软模具是在辊轮线接触施压的作用下铺放到压印材料上，由于辊轮表面设有吸附槽，复合软模具包覆到辊轮上时，会在吸附槽的位置出现凹陷的变形，当辊轮释放复合软模具与压印材料接触时，在吸附槽的位置，复合软模具与压印材料之间的空气不能及时排出，会产生气泡缺陷，严重影响压印质量；(2)在其压印过程中，是在辊轮线接触施压的作用下将压印材料挤压到复合软模具微纳特征结构型腔中，但辊轮表面的吸附槽造成了表面不平整的问题，导致吸附槽的位置压印力很小甚至没有，使压印材料产生厚度不均匀的缺陷，即使旋转辊轮使吸附槽的位置依次避开产生缺陷的区域后再次压印，仍存在厚度不均匀的缺陷；(3)电动缸的定位精度一般在10μm以上，对于微纳米制造领域尤其是纳米压印光刻技术所要求的较高精度还无法满足，不能精确调整压印高度，进而无法准确控制压印材料残留层的厚度；(4)在固化过程中，UV光源与工作台不同位置之间的距离存在差异，造成各部分压印材料的曝光量不一致，影响压印图形的效果；(5)工作中不能准确判断复合软模具与基材之间的距离，若复合软模具距离基材太远，就容易使复合软模具与压印材料之间产生气泡缺陷，若复合软模具距离基材太近，就无法准确控制压印力的大小，也容易造成复合软模具的变形，使压印结构产生缺陷。

现有的各种微纳制造工艺和方法还难以满足大尺寸(8英寸以上)、非平整刚性衬底和易碎衬底大面积图形化工业级规模化生产的要求，已经严重影响和制约了大面积功能性表面纳米结构和纳米结构涂层在高性能玻璃、高效太阳能电池板、新一代高清平板显示、大尺寸LED图形化等行业的应用和推广，成为制约这些新技术推广和应用的瓶颈。因此，迫切需要开发新的超大面积纳米图形化的装置和方法，实现纳米级尺度超大尺寸衬底、非平整衬底、易碎衬底的大面积微纳图形化，解决超大尺寸、非平整刚性衬底、易碎衬底上高效、低成本规模化制造大面积微纳米结构的难题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种批量化制造大面积微纳米结构的装置，其提高了压印图形的精度和质量，同时也提高了微纳米压印设备的效率、可靠性和模具的使用寿命。

本发明采用的解决方案为：(1)引入辅助压印模块，设置一个表面平整，无吸附槽的压印辊轮，通过压印辊轮对复合软模具的施压，一方面，可以将复合软模具铺放过程中产生的气泡排出，另一方面，确保整个压印图形的一致性。(2)对于辅助压印模块中的压印辊轮，利用电动缸粗定位，引入电控升降平台实现精定位，电控升降平台的定位精度与原有的电动缸相比有明显提高，可达到亚微米尺度甚至纳米尺度，满足纳米压印光刻技术的高精度要求，精准控制压印材料残留层的厚度。(3)采用紫外LED灯线/面光源作为压印材料固化的光源，由于线/面光源是垂直照射到工作台上，随着工作台的移动，紫外LED灯会依次照射到压印材料上，完成固化，这解决了曝光量不均匀的问题，可以得到质量较高的压印图形，也简化了设备结构和操作步骤。(4)设置压力检测模块，实时监测到压印力的大小，根据压印力的大小来精确调控压印距离，使复合软模具在一个合适的高度与压印材料相贴合，一方面避免了由于复合软模具距离基材太远而使得复合软模具与压印材料之间会产生气泡的缺陷，另一方面避免了由于复合软模具距离基材太近而无法准确控制压印力的大小以及造成复合软模具变形的问题。

进一步的，本发明采用下述技术方案：

一种批量化制造大面积微纳米结构的装置，包括底板，所述底板固定设置垂直的导向杆，导向杆顶部与顶板固定连接，导向杆中部穿设有支撑板，驱动装置与支撑板连接带动支撑板上下移动，驱动装置和支撑板之间设有压力检测模块；所述底板固定设置第一滑轨，第一滑轨与工作台滑动连接，工作台与真空吸附平台固定连接；

所述支撑板底部由前至后依次连接有辅助压印模块、主压印模块、固化模块，所述辅助压印模块包括压印辊轮，压印辊轮中部穿设辊轮轴，辊轮轴两端与压印辊轮连接架连接，压印辊轮连接架顶部通过辅助压印模块导向杆与往复移动机构连接，往复移动机构可带动压印辊轮上下移动。

进一步的，所述往复移动机构包括丝杠传动机构，丝杠传动机构与第一动力装置连接。

进一步的，所述丝杠传动机构包括丝杠，丝杠顶部与第一动力装置连接，丝杠两侧设置第二滑轨，丝杠与第二滑轨上套设滑块，滑块底部与辅助压印模块导向杆连接。

进一步的，所述丝杠传动机构外部罩设外壳，外壳固定于支撑板顶部，第一动力装置固定于外壳顶部。

进一步的，所述辅助压印模块导向杆穿过支撑板设置，辅助压印模块导向杆底部与压印辊轮连接架连接，辅助压印模块导向杆顶部与往复移动机构连接。

进一步的，所述压印辊轮外表面包覆弹性材料层。

进一步的，所述主压印模块包括吸附辊轮，吸附辊轮一端与第二动力装置连接，吸附辊轮另一端与旋转接头连接，吸附辊轮外表面均匀布设多个轴向的吸附槽。

进一步的，所述固化模块包括固定于支撑板底部的固化光源灯架，固化光源灯架固定设置UV-LED线光源。

进一步的，初始工位状态下，所述压印辊轮高于吸附辊轮设置。

进一步的，初始工位状态下，所述UV-LED线光源高于吸附辊轮设置。

进一步的，所述真空吸附平台、支撑板、顶板相互平行设置。

一种批量化制造大面积微纳米结构的装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：预处理；

将辅助上模基材固定在真空吸附平台上，将复合软模具放置在辅助上模基材上；

步骤2：上模；

驱动吸附辊轮和工作台移动至上模工位，通过工作台、吸附辊轮和气路的协同运作，将复合软模具包覆在吸附辊轮外表面，并取下辅助上模基材；

步骤3：覆模；

将涂有压印材料的目标基材固定在真空吸附平台上，驱动吸附辊轮和工作台移动至覆模工位，通过工作台、吸附辊轮和气路的协同运作，将复合软模具铺放在目标基材上；

步骤4：压印；

驱动压印辊轮和工作台移动至压印工位，通过工作台的移动，带动压印辊轮旋转，使压印辊轮对复合软模具线接触施压，进而使复合软模具与目标基材获得完全共形接触，施压完成后，驱动压印辊轮上移；

步骤5：固化；

驱动固化模块和工作台移动至固化工位，驱动工作台移动，固化模块完成对压印材料的固化；

步骤6：脱模；

驱动吸附辊轮和工作台移动至脱模工位，通过工作台、吸附辊轮和气路的协同运作，将复合软模具包覆在吸附辊轮外表面，完成脱模，并取下带有压印结构的目标基材，完成一次压印过程；重复进行步骤3-步骤6，完成批量化制造大面积微纳米结构；

步骤7：下模；

将辅助下模基材固定在真空吸附平台上，驱动吸附辊轮和工作台移动至下模工位，通过工作台、吸附辊轮和气路的协同运作，将复合软模具铺在辅助下模基材上，完成下模。

所述步骤2的具体步骤为：

驱动吸附辊轮和工作台移动至上模工位，随着工作台的移动和吸附辊轮的转动，吸附辊轮进气孔依次通入负压，将复合软模具吸附并包覆在吸附辊轮外表面，然后取下辅助上模基材，之后吸附辊轮上升一定距离。

所述步骤3的具体步骤为：

将涂有压印材料的目标基材固定在真空吸附平台上，驱动吸附辊轮和工作台移动至覆模工位，随着工作台的移动和吸附辊轮的转动，吸附辊轮进气孔依次由负压变为正压，将复合软模具铺放在涂有压印材料的目标基材上，之后吸附辊轮上升一定距离。

所述步骤4的具体步骤为：

驱动压印辊轮和工作台移动至压印工位，随着工作台的移动，带动压印辊轮旋转，在压印辊轮线接触均匀施压的作用下，确保复合软模具与目标基材获得完全共形接触，将压印材料完全挤压到复合软模具微纳特征结构型腔中，之后压印辊轮上升一段距离。

所述步骤5的具体步骤为：

驱动固化模块和工作台移动至固化工位，使固化模块对压印材料进行固化，随着工作台的移动，固化模块完成对压印材料的固化；可根据需要往返移动工作台，增加固化时间。

所述步骤6的具体步骤为：

驱动吸附辊轮和工作台移动至脱模工位，随着工作台的移动和吸附辊轮的转动，吸附辊轮进气孔依次通入负压，将复合软模具吸附并包覆在吸附辊轮外表面，使复合软模具与压印结构分离，之后吸附辊轮上升一定距离，并取下带有压印结构的目标基材，完成一次压印过程；重复进行步骤3-步骤6，完成批量化制造大面积微纳米结构。

所述步骤7的具体步骤为：

取辅助下模基材，将其固定在真空吸附平台上，驱动吸附辊轮和工作台移动至下模工位，随着工作台的移动和吸附辊轮的转动，吸附辊轮进气孔依次由负压变为正压，将复合软模具铺放在辅助下模基材上，之后吸附辊轮上升一段距离。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明所引入的辅助压印模块解决了覆模过程中由于复合软模具在吸附槽的位置存在凹陷变形而在铺放复合软模具时产生的气泡问题，以及压印过程中由于辊轮表面不平整而造成的压印材料厚度不均匀的问题，使得压印图形的质量得到大大改善；而且辅助压印模块只需要运行一次就可以使复合软模具与压印材料之间获得良好的贴合效果，不需多次压印，这可以减少压印时间，提高工作效率，批量化制造大面积微纳米结构。

(2)辅助压印模块的压印辊轮只需要工作台的移动就可带动其旋转，不需其他的动力装置，而且通过控制往复移动机构就可上下移动，不需要再设置电动缸，简化了整体结构，降低了成本。

(3)辅助压印模块中往复移动机构的精度较高，可以精确调整压印高度，进而准确控制压印材料残留层的厚度，获得良好的压印效果。

(4)固化模块采用UV-LED线光源，所发出的光线垂直向下照射可依次完成压印材料的固化，解决了紫外曝光量不一致的问题，而且装置的体积小，简化了设备的结构。

(5)设备的压力检测模块能够实时定量检测压印过程中的压印力，为压印时各参数尤其是压印高度的调节提供了较为准确的数据参考。

(6)本发明实现了超大尺寸、非平整衬底、易碎衬底/基材大面积微纳米结构的高效、低成本批量化制造，为大面积微纳米结构的商业化应用提供一种工业级的解决方案。

(7)本发明适合于超大尺寸高清平板显示、高效太阳能电池板、抗反射和自清洁玻璃、大尺寸LED图形化、晶圆级微纳光学器件、超大面积表面微纳功能结构等工业级规模化生产。

本发明为大面积微纳米结构制造中所产生的各种问题提供了解决方案。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是批量化制造大面积微纳米结构装置的立体图；

图2是批量化制造大面积微纳米结构装置的侧视图；

图3是辅助压印模块示意图；

图4a-图4g是批量化制造大面积微纳米结构装置的工作方法步骤示意图；

图中，1 电动缸、2 顶板、3 辅助压印模块、4 导向杆、5 支撑板、6 旋转接头、7 底板、8 主压印模块电机、9 第一滑轨、10 工作台、11 真空吸附平台、12 吸附辊轮连接架、13吸附辊轮、14 固化模块、15 压力检测模块；

31 电机、32 外壳、33 辅助压印模块导向杆、34 压印辊轮连接架、35 压印辊轮、36 辊轮轴、37 轴承、38 卡簧；

16 辅助上模基材、17 复合软模具、18 压印材料、19 目标基材、20 辅助下模基材。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，进一步提高压印的精度、质量和效率，本发明提供了一种低成本批量化制造大面积微纳米结构的装置，解决了现有纳米压印设备中所存在的问题，提高了压印图形的精度和质量，同时也提高了微纳米压印设备的效率、可靠性和模具的使用寿命。

本申请的一种典型的实施方式中，图1是批量化制造大面积微纳米结构装置的立体图，包括电动缸1、顶板2、辅助压印模块3、导向杆4、支撑板5、旋转接头6、底板7、主压印模块电机8、第一滑轨9、工作台10、真空吸附平台11、吸附辊轮连接架12、吸附辊轮13、固化模块14、压力检测模块15。底板7上固定有垂直设置的导向杆4，导向杆4中部设有支撑板5，驱动装置与支撑板5连接带动支撑板5上下移动，本实施例中驱动装置采用电动缸1，导向杆4顶部与顶板2固定，电动缸1固定于顶板2上，电动缸1输出轴最下端装有压力检测模块15，并向下连接支撑板5。第一滑轨9由电机驱动，固定在底板7中央，第一滑轨9上面设置有工作台10，工作台10上安装真空吸附平台11，真空吸附平台11的气孔通过管路连接气泵。

真空吸附平台11、支撑板5、顶板2相互平行设置。

图2是批量化制造大面积微纳米结构装置的侧视图，辅助压印模块3位于吸附辊轮13的前面，固化模块14位于吸附辊轮13的后面。

支撑板5底部由前至后依次连接有辅助压印模块3、主压印模块、固化模块14，主压印模块包括吸附辊轮13，吸附辊轮13一端与动力装置连接，本实施例中该动力装置采用主压印模块电机8，吸附辊轮13通过吸附辊轮连接架12固定在支撑板5的下端，其外表面包覆弹性材料层，弹性材料层的材料为聚氨酯弹性体或硅橡胶，邵氏硬度在35-45；吸附辊轮13另一端与旋转接头6连接，吸附辊轮13外表面均匀布设多个轴向的吸附槽，吸附槽内有进气孔，进气孔通过管路与旋转接头6连接，旋转接头6通过管路连接气泵，进而与真空管路和压力管路连通，通过控制压力管路、真空管路的通断，来实现吸附槽的正、负压变换。

压印时所使用的模具为复合软模具，包括支撑层和软模具：支撑层材料为PET片材，PET片材的厚度为300μm；软模具材料为PDMS，PDMS的厚度为200μm。其中，PDMS为DowCorning公司的Sylgard184。本申请不涉及对复合软模具结构的改进设计。吸附辊轮13外周可吸附复合软模具，在吸附辊轮通入负压时，可将复合软模具吸附在吸附辊轮外周面，吸附辊轮通入正压时，释放复合软模具。

压印时所使用的压印材料为光刻胶，基材为玻璃，光刻胶涂覆在玻璃上的厚度为300nm。

固化模块14包括固定于支撑板5底部的固化光源灯架，固化光源灯架固定设置UV-LED线光源。

辅助压印模块3的最下端和固化模块14的最下端均高于吸附辊轮13的最下端，辅助压印模块3的最上端低于顶板2的下端，辅助压印模块可上升到的最高点低于顶板下端。也即在初始工位状态下，压印辊轮35最低点高于吸附辊轮13最低点设置，UV-LED线光源最低点高于吸附辊轮13最低点设置。

图3是辅助压印模块示意图，包括：支撑板5、电机31、外壳32、辅助压印模块导向杆33、压印辊轮连接架34、压印辊轮35、辊轮轴36、轴承37、卡簧38。压印辊轮35外表面包覆弹性材料层，表面平整。弹性材料层的材料与主压印模块中吸附辊轮外包覆的弹性材料层相同。

压印辊轮35中部穿设辊轮轴36，辊轮轴36两端与压印辊轮连接架34连接，压印辊轮连接架34顶部通过辅助压印模块导向杆33与往复移动机构连接，往复移动机构可带动压印辊轮35上下移动，往复移动机构包括丝杠传动机构，丝杠传动机构与动力装置连接，本实施例中动力装置采用电机31。外壳32固定在支撑板5上，外壳32里面是丝杠传动机构，电机31固定在外壳32上，位于外壳32顶部中心。压印辊轮35置于支撑板5的下方，中间穿过辊轮轴36，辊轮轴36两端有轴承37，通过卡簧38固定，辊轮轴36由压印辊轮连接架34支撑，压印辊轮连接架34通过辅助压印模块导向杆33穿过支撑板5连接丝杠传动机构。

丝杠传动机构包括丝杠，主体材质为铝合金，最大速度可达10mm/s，其行程为20-30mm，重复定位精度可达100nm，丝杠上端通过联轴器连接电机31，丝杠下端固定于支撑板5，丝杠两侧设置有第二滑轨；第二滑轨上端固定于外壳32，下端固定于支撑板5，丝杠与第二滑轨上套有滑块；滑块下端安装有辅助压印模块导向杆33，辅助压印模块导向杆33下端固定在压印辊轮连接架34上。

本申请的另一种典型的实施方式中，提供了上述批量化制造大面积微纳米结构装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：预处理；

将辅助上模基材固定在真空吸附平台上，将复合软模具放置在辅助上模基材上；

步骤2：上模；

驱动吸附辊轮和工作台移动至上模工位，通过工作台、吸附辊轮和气路的协同运作，将复合软模具包覆在吸附辊轮外表面，并取下辅助上模基材；

步骤3：覆模；

将涂有压印材料的目标基材固定在真空吸附平台上，驱动吸附辊轮和工作台移动至覆模工位，通过工作台、吸附辊轮和气路的协同运作，将复合软模具铺放在目标基材上；

步骤4：压印；

驱动压印辊轮和工作台移动至压印工位，通过工作台的移动，带动压印辊轮旋转，使压印辊轮对复合软模具线接触施压，进而使复合软模具与目标基材获得完全共形接触，施压完成后，驱动压印辊轮上移；

步骤5：固化；

驱动固化模块和工作台移动至固化工位，并打开UV-LED线光源，驱动工作台移动，固化模块完成对压印材料的固化；

步骤6：脱模；

驱动吸附辊轮和工作台移动至脱模工位，通过工作台、吸附辊轮和气路的协同运作，将复合软模具包覆在吸附辊轮外表面，完成脱模，并取下带有压印结构的目标基材，完成一次压印过程；之后，可循环进行步骤3-步骤6，批量化制造大面积微纳米结构；

步骤7：下模；

将辅助下模基材固定在真空吸附平台上，驱动吸附辊轮和工作台移动至下模工位，通过工作台、吸附辊轮和气路的协同运作，将复合软模具铺在辅助下模基材上，完成下模。

所述步骤1的具体步骤为：

取辅助上模基材，将其固定在真空吸附平台上，将复合软模具放在辅助上模基材上面；

所述步骤2的具体步骤为：

驱动吸附辊轮和工作台移动至上模工位，随着工作台的移动和吸附辊轮的转动，吸附辊轮进气孔依次通入负压，将复合软模具吸附并包覆在吸附辊轮外表面，然后取下辅助上模基材，之后吸附辊轮上升一定距离；

所述步骤3的具体步骤为：

将涂有压印材料的目标基材固定在真空吸附平台上，驱动吸附辊轮和工作台移动至覆模工位，随着工作台的移动和吸附辊轮的转动，吸附辊轮进气孔依次由负压变为正压，将复合软模具铺放在涂有压印材料的目标基材上，之后吸附辊轮上升一定距离；

所述步骤4的具体步骤为：

驱动压印辊轮和工作台移动至压印工位，随着工作台的移动，带动压印辊轮旋转，在压印辊轮线接触均匀施压的作用下，确保复合软模具与目标基材获得完全共形接触，将压印材料完全挤压到复合软模具微纳特征结构型腔中，之后压印辊轮上升一段距离；

所述步骤5的具体步骤为：

驱动固化模块和工作台移动至固化工位，并打开UV-LED线光源，固化模块开始对压印材料进行固化，随着工作台的移动，固化模块完成对压印材料的固化；可根据需要往返移动工作台，增加固化时间；

所述步骤6的具体步骤为：

驱动吸附辊轮和工作台移动至脱模工位，随着工作台的移动和吸附辊轮的转动，吸附辊轮进气孔依次通入负压，将复合软模具吸附并包覆在吸附辊轮外表面，使复合软模具与压印结构分离，之后吸附辊轮上升一定距离，并取下带有压印结构的目标基材，完成一次压印过程；接下来可循环进行步骤3-步骤6，批量化制造大面积微纳米结构；

所述步骤7的具体步骤为：

取辅助下模基材，将其固定在真空吸附平台上，驱动吸附辊轮和工作台移动至下模工位，随着工作台的移动和吸附辊轮的转动，吸附辊轮进气孔依次由负压变为正压，将复合软模具铺放在辅助下模基材上，之后吸附辊轮上升一段距离。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明以6英寸柱状结构的晶圆纳米压印为实施例，结合本发明的工作方法步骤示意图，详细说明该设备的原理和具体工艺流程。

实施例中的柱状结构为光子晶体阵列，其具体参数为：直径2μm，高度2.5μm，周期3μm。

压印的具体过程包括：预处理、上模、覆模、压印、固化、脱模、下模。

具体工作方法步骤如下：

步骤1：预处理；

步骤1-1：取辅助上模基材16，将其放在真空吸附平台11上，使其位于真空吸附平台11的中心；

步骤1-2：打开吸附平台真空管路，平台气孔通入负压，辅助上模基材16被固定在真空吸附平台11上；

步骤1-3：将复合软模具17放在辅助上模基材16上面，使其位于辅助上模基材16的中心；如图4a所示。

步骤2：上模；

步骤2-1：驱动吸附辊轮13和工作台10移动至上模工位；

步骤2-2：打开吸附辊轮13的真空管路，随着工作台10的移动和吸附辊轮13的转动，吸附辊轮气孔依次通入负压，将复合软模具17吸附并包覆在吸附辊轮13的外表面；

步骤2-3：复合软模具17完全包裹在吸附辊轮13外表面后，电动缸1带动吸附辊轮13上升50mm；

步骤2-4：将真空吸附平台气孔内的气压由负压变为正压，取下辅助上模基材16；如图4b所示。

步骤3：覆模；

步骤3-1：在真空吸附平台11上放置涂有压印材料18的目标基材19，将平台气孔内的气压由正压变为负压，目标基材19被固定在真空吸附平台11上；

步骤3-2：驱动吸附辊轮13和工作台10移动至覆模工位，随着工作台10的移动和吸附辊轮13的转动，将吸附辊轮气孔内的气压由负压变为正压，复合软模具17逐渐与吸附辊轮13分离并通过线接触的方式与涂有压印材料18的目标基材19接触；

步骤3-3：待最后一个气孔内的气压由负压变为正压，复合软模具17会完全铺放在涂有压印材料18的目标基材19上，之后电动缸1带动吸附辊轮13上升50mm；如图4c所示。

步骤4：压印；

步骤4-1：驱动压印辊轮35和工作台10移动至压印工位，随着工作台10的移动，带动压印辊轮35旋转，将压印材料18挤压到复合软模具17的微纳特征结构型腔中；

步骤4-2：在压印辊轮35线接触均匀施压的作用下，确保复合软模具17与涂有压印材料18的目标基材19获得完全共形接触，压印完成后，电动缸1带动压印辊轮35上升50mm，电控升降台带动压印辊轮35再上升10mm，使压印辊轮35的最低点高于吸附辊轮13的最低点；如图4d所示。

步骤5：固化；

步骤5-1：驱动固化模块14和工作台10移动至固化工位，并打开UV-LED线光源固化装置，固化模块14透过复合软模具17开始对压印材料18进行固化；

步骤5-2：随着工作台10的往返移动，固化模块对压印材料18进行充分、完整的固化，固化往返次数为7次，完成固化，之后电动缸1带动固化模块14上升50mm；如图4e所示。

步骤6：脱模；

步骤6-1：驱动吸附辊轮13和工作台10移动至脱模工位；

步骤6-2：打开吸附辊轮真空管路，随着工作台10的移动和吸附辊轮13的转动，吸附辊轮气孔依次通入负压，将复合软模具17吸附并包覆在辊轮外表面，使复合软模具17与压印结构分离；

步骤6-3：复合软模具17完全包裹在辊轮外表面后，电动缸1带动吸附辊轮13上升50mm；

步骤6-4：将真空吸附平台气孔内的气压由负压变为正压，取下带有压印结构的目标基材19，完成一次压印；如图4f所示。接下来可以循环进行步骤3-步骤6，实现大面积微纳米结构的批量化制造。

步骤7：下模；

步骤7-1：在真空吸附平台11上放置辅助下模基材20，将平台气孔内的气压由正压变为负压，辅助下模基材20被固定在真空吸附平台11上；

步骤7-2：驱动吸附辊轮和工作台10移动至下模工位，随着工作台10的移动和吸附辊轮13的转动，吸附辊轮气孔内的气压由负压变为正压，复合软模具17逐渐与吸附辊轮13分离并与辅助下模基材20接触；

步骤7-3：待最后一个气孔内的气压由负压变为正压，复合软模具17会完全铺放在辅助下模基材20上，之后电动缸1带动吸附辊轮13上升50mm；如图4g所示。

工作台10的水平移动速度、吸附辊轮13的旋转速度、吸附辊轮13各个进气口依次正、负压转换的时间必须保持严格的同步。

工作台10的移动速度为10mm/s，吸附辊轮13旋转的线速度为10mm/s。UV-LED线光源固化装置的功率为1000W，波长为365nm。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种批量化制造大面积微纳米结构的装置，其特征是，包括底板，所述底板固定设置垂直的导向杆，导向杆顶部与顶板固定连接，导向杆中部穿设有支撑板，驱动装置与支撑板连接带动支撑板上下移动，驱动装置和支撑板之间设有压力检测模块；所述底板固定设置第一滑轨，第一滑轨与工作台滑动连接，工作台与真空吸附平台固定连接；

所述支撑板底部由前至后依次连接有辅助压印模块、主压印模块、固化模块，所述辅助压印模块包括压印辊轮，压印辊轮中部穿设辊轮轴，辊轮轴两端与压印辊轮连接架连接，压印辊轮连接架顶部通过辅助压印模块导向杆与往复移动机构连接，往复移动机构可带动压印辊轮上下移动；所述往复移动机构包括丝杠传动机构，丝杠传动机构与第一动力装置连接；所述丝杠传动机构包括丝杠，丝杠顶部与第一动力装置连接，丝杠两侧设置第二滑轨，丝杠与第二滑轨上套设滑块，滑块底部与辅助压印模块导向杆连接。

2.如权利要求1所述的批量化制造大面积微纳米结构的装置，其特征是，所述丝杠传动机构外部罩设外壳，外壳固定于支撑板顶部，第一动力装置固定于外壳顶部。

3.如权利要求1所述的批量化制造大面积微纳米结构的装置，其特征是，所述辅助压印模块导向杆穿过支撑板设置，辅助压印模块导向杆底部与压印辊轮连接架连接，辅助压印模块导向杆顶部与往复移动机构连接。

4.如权利要求1所述的批量化制造大面积微纳米结构的装置，所述压印辊轮外表面包覆弹性材料层。

5.如权利要求1所述的批量化制造大面积微纳米结构的装置，其特征是，所述主压印模块包括吸附辊轮，吸附辊轮一端与第二动力装置连接，吸附辊轮另一端与旋转接头连接，吸附辊轮外表面均匀布设多个轴向的吸附槽。

6.如权利要求5所述的批量化制造大面积微纳米结构的装置，其特征是，初始工位状态下，所述压印辊轮高于吸附辊轮设置。

7.如权利要求5所述的批量化制造大面积微纳米结构的装置，其特征是，所述固化模块包括固定于支撑板底部的固化光源灯架，固化光源灯架固定设置UV-LED线光源。

8.如权利要求7所述的批量化制造大面积微纳米结构的装置，其特征是，初始工位状态下，所述UV-LED线光源高于吸附辊轮设置。

9.如权利要求1所述的批量化制造大面积微纳米结构的装置，其特征是，所述真空吸附平台、支撑板、顶板相互平行设置。

10.如权利要求1-9任一项所述的批量化制造大面积微纳米结构的装置的工作方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1：预处理；

将辅助上模基材固定在真空吸附平台上，将复合软模具放置在辅助上模基材上；

步骤2：上模；

驱动吸附辊轮和工作台移动至上模工位，通过工作台、吸附辊轮和气路的协同运作，将复合软模具包覆在吸附辊轮外表面，并取下辅助上模基材；

步骤3：覆模；

将涂有压印材料的目标基材固定在真空吸附平台上，驱动吸附辊轮和工作台移动至覆模工位，通过工作台、吸附辊轮和气路的协同运作，将复合软模具铺放在目标基材上；

步骤4：压印；

驱动压印辊轮和工作台移动至压印工位，通过工作台的移动，带动压印辊轮旋转，使压印辊轮对复合软模具线接触施压，进而使复合软模具与目标基材获得完全共形接触，施压完成后，驱动压印辊轮上移；

步骤5：固化；

驱动固化模块和工作台移动至固化工位，驱动工作台移动，固化模块完成对压印材料的固化；

步骤6：脱模；

驱动吸附辊轮和工作台移动至脱模工位，通过工作台、吸附辊轮和气路的协同运作，将复合软模具包覆在吸附辊轮外表面，完成脱模，并取下带有压印结构的目标基材，完成一次压印过程；重复进行步骤3-步骤6，完成批量化制造大面积微纳米结构；

步骤7：下模；

将辅助下模基材固定在真空吸附平台上，驱动吸附辊轮和工作台移动至下模工位，通过工作台、吸附辊轮和气路的协同运作，将复合软模具铺在辅助下模基材上，完成下模。