CN113276536A - 一种巨量微结构孔金属印刷模板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种巨量微结构孔金属印刷模板及其制造方法，巨量微结构孔金属印刷模板的微结构孔由纵剖面呈矩形的沉孔和纵剖面呈类梯形的喇叭孔构成，喇叭孔与沉孔的对称中心轴线重合，喇叭孔的小端面接沉孔底部，喇叭孔的大端面印刷时接触承印面；沉孔的直径为20～60μm，沉孔的深度为10～30μm；微结构孔的深度为25～80μm；制造方法为：将载有芯膜柱的基板进行电铸，使电铸金属层的厚度达到设定值，取出，剥离基板并去除芯膜柱，清洗，即得巨量微结构孔金属印刷模板；载有芯膜柱的基板上的芯膜柱的形状、尺寸和分布位置同金属印刷模板中的沉孔；电铸金属层的厚度大于芯膜柱的高度。本发明的制造方法简单，制得的模板可实现巨量微结构材料的转移。
Description
技术领域
本发明属微结构技术领域，涉及一种巨量微结构孔金属印刷模板及其制造方法。
背景技术
人们追求享受生活，科技产品日新月异，现代化生活的重要部分是应用电子设备，如现在最流行的智能手机、显示器、电视等显示设备。生活中对电子设备的发展要求其性能高佳、轻小便携、安全可靠、节能环保、价廉物美，电子产品的多功能化、轻薄小型化、环境友好化、低成本化是必然的发展特色。
为满足新型电子设备的超小化、超薄化、节能化、功能集成化等要求，一些电子、光学、热、磁等功能器件也需要超细化、超薄化、材料集成化、结构微细化，因此，寻找一种或多种可靠的巨量微结构技术、微结构转移技术以及微结构材料复合技术，特别是找到微结构尺寸小于30μm、微结构密度大于等于200dpi、转移面积大于等于15对角英寸的技术，显得尤为重要和迫切。譬如显示器领域为例，为了满足显示器分辨率越来越高的要求，各种光学器件，如导光板、导光膜、光扩散膜等光学器件，需要复合上更微细的微结构、微结构材料来进行配光，这就需要找到在单位面积上复合更多的微结构的工艺方法和模具，这就迫切需要找到新的巨量微结构工艺技术。
传统网版印刷技术因具有可大面积转写图案的特点，并通过油墨技术可实现多种材料复合，具有设备投资小、量产效率高、工艺稳定、低成本等特点，因此，在印刷电子行业，在光、电、磁、热等功能材料器件制造领域已经有了广泛应用；
常用网版印刷模板有四种：第一种是常规丝网印刷模板，因存在经纬丝线编织网结，已无法实现直径小于50μm微孔图形、或宽度小于50μm线宽图形的精密转移；第二种是化学蚀刻微结构孔金属印刷模板，化学蚀刻成孔锥度大、多孔间直径误差大、孔壁粗糙、侧蚀现象存在，无法实现直径小于30μm微孔图形、或宽度小于30μm线宽图形精密巨量转移；第三种是激光直写微结构孔金属印刷模板，激光直写微孔虽然可以实现直径小于30μm微孔图形、或宽度小于30μm线宽图形转移，但微结构孔壁粗糙度高，印刷时油墨下墨性不好，而且特别在进行高密度图形加工时，因切削应力、热应力存在，模板变形严重，故也无法实现微结构孔大面积、高密度转写，而且，因激光设备扫描幅度的限制，无法进行大面积精密微结构孔加工方面的应用；第四种是电铸微结构孔金属印刷模板，现有已知电铸微结构孔金属印刷模板制造工艺技术，受限于以下两个因素：
(1)电铸时，直径太小的芯膜柱与基板附着力不够易掉落，当芯膜柱高度与芯膜柱直径之比(即芯膜柱深宽比)≥1时，在显影剥离需去除胶时芯膜柱容易被带走，当芯膜柱深宽比≥1、同时太小的芯膜柱间距(≤40μm)会导致显影液渗入光刻干胶底部困难，溶解不充分，导致剥离去除非曝光区域胶困难；
(2)电铸微结构孔金属印刷模板厚度需≥25μm才能达到丝网张网拉伸强度要求，制成丝网印刷模板；
受限于上述原因，目前，当要求芯膜柱高度≥25μm、直径≤30μm、相邻芯膜柱中心间距≤100μm时，现有技术还不能做到99.9％数量的芯膜柱完全留驻于基板，另一方面，现有电铸微结构孔金属印刷网板的通常工艺为：电铸金属层厚度≤芯膜柱高度，且形成的微结构孔皆为直径大于30μm的圆柱孔或锥度不大于3°的圆柱孔，在油墨印刷时，只适合高粘度油墨，如果油墨粘度太小容易导致墨滴挂墨、渗透到印刷模板底平面，这就导致印刷微结构外形轮廓失真、不清晰，甚至导致相邻油墨微结构黏连、糊板，无法连续印刷，而如果使用高粘度油墨，则油墨流平性变差、附着力降低，则会导致印刷微结构外形轮廓失真、油墨与基材附着力变差。
受限于上述技术限制，目前已知的、已应用的电铸微结构孔金属印刷模板，能满足模板厚度≥25μm、孔径小于30μm、孔密度大于等于200dpi、孔轮廓精密转写、转写率≥99.9％、孔分布面积15对角英寸以上巨量转写条件的，还无法实现。因此，现有印刷模板技术需要突破提升，已实现越来越多的、高效率的、低成本的微结构巨量转移应用需求。
发明内容
本发明旨在解决现有技术无法满足巨量转写的技术问题，特别是解决现有技术难以满足模板厚度≥25μm、孔径小于30μm、孔密度大于等于200dpi、孔轮廓精密转写、转写率≥99.9％、孔分布面积15对角英寸以上巨量转写条件的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种巨量微结构孔金属印刷模板，所述巨量微结构孔金属印刷模板的微结构孔由纵剖面呈矩形的沉孔和纵剖面呈类梯形的喇叭孔构成，类梯形与梯形的区别仅在于其两腰围成“八”字，所述喇叭孔与所述沉孔的对称中心轴线重合，所述喇叭孔的小端面接所述沉孔底部，所述喇叭孔的大端面印刷时接触承印面；
所述巨量微结构孔金属印刷模板中微结构孔横截面可以是圆形或多边形，所有微结构孔的横截面形状、尺寸、间距可以一致，也可以不一致；
所述喇叭孔的孔壁为向孔内凸起的曲面，喇叭孔的母线是电铸工艺自动形成的曲线；在印刷时，喇叭孔向内凸起的曲面形状，对油墨的垂直挤压效应更明显，垂直挤压力大，增加了油墨与承印基材表面附着力，而且向孔内凸起的曲面形状使得油墨更容易脱模，有利于实现油墨材料以巨量微结构形式转移至承印面；
所述沉孔的直径为20～60μm，所述沉孔的深度为10～30μm；
所述喇叭孔与所述沉孔的横截面形状相同，具体形状不限，可以是圆形或多边形，需注意的是，当所述喇叭孔与所述沉孔的横截面非圆形时，本文中的“直径”应当理解为“当量直径”，当量直径即水力半径相等的圆管直径；
所述微结构孔的深度为25～80μm；
所述巨量微结构孔金属印刷模板的厚度等于所述微结构孔的深度。
本发明的巨量微结构孔金属印刷模板使用时，四周粘接弹性丝网，张网制成丝网印刷模板，通过丝网印刷工艺，将各种功能材料如光学材料、电、磁、热功能材料制成的液体油墨，印刷在基材上。本发明能够实现高转移率巨量微结构转移以及材料微结构化迁驻于其它基材表面，这些都属于印刷电子技术范畴关键核心技术，应用具体如微结构光学器件如导光板、导光膜、扩散膜、棱镜膜、反射膜等，具体如电子微器件如微电路、微电阻、微电感、微电容等，具体如热器件如微热导、微热阻线路等，具体如磁器件如微导线、微磁屏蔽、微磁结构吸波等，吸声降噪微结构等，应用广泛。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种巨量微结构孔金属印刷模板，所述喇叭孔的小端面直径为4～30μm，所述喇叭孔的深度为5～50μm，所述喇叭孔的大端面直径不小于5μm且小于等于64μm。
如上所述的一种巨量微结构孔金属印刷模板，所述喇叭孔的小端面直径小于所述沉孔的直径，同时小于喇叭孔的大端面直径；印刷油墨时，由于喇叭孔的小端面接沉孔底部且喇叭孔的小端面直径小于沉孔的直径，同时油墨具有张力效应，因而油墨在不受外力挤压、仅依靠自然重量时不会流入喇叭孔内，所述沉孔形成了印刷油墨“计量容墨腔”体；由于喇叭孔的小端面直径小于沉孔的直径，同时小于喇叭孔的大端面直径，因而印刷时，计量容墨腔中油墨经喇叭孔的小端面流入喇叭孔内时会因压差形成挤压、喷射流体力学效应，喇叭孔形成了“油墨喷射腔”体，油墨经喇叭孔的小端面呈喷射状射入喇叭孔内，并附着到承印物表面，这种喷射挤压效应，使得每个转移油墨团体积一致、外形结构一致；此外，印刷布墨时，单个计量容墨腔多次重复布墨量精确稳定，多个计量容墨腔布墨量精确相等，这是实现巨量微结构精密转写重要条件之一，传统丝网印刷模板网孔没有“计量容墨腔和油墨喷射腔”。
如上所述的一种巨量微结构孔金属印刷模板，所述沉孔的容积大于所述喇叭孔的容积；所述沉孔容积(也即计量容墨腔容积)大于所述喇叭孔的容积(也即喷射腔体容积)，使得油墨精确填满喇叭孔空间，油墨也获得了最大挤压力，如此形成的转写油墨微结构，外形轮廓准确，附着力好，油墨微结构外形直径等于所述喇叭孔的大端面直径，高度小于喇叭孔的深度，可获得最小外形直径为5μm且最小深度为3～5μm的超细精密油墨微结构。
如上所述的一种巨量微结构孔金属印刷模板，所述微结构孔的密度为200dpi～400dpi(dpi为行业通用单位：1英寸长度25.4mm排列的孔的个数，孔密度200dpi，即相邻两个微结构孔间距为127μm；孔密度400dpi，即相邻两微孔间距为63.5μm)，孔分布面积大于等于15对角英寸；为实现最大400dpi所述微结构孔密度，本发明进行了创新工艺设计：设计孔直径为20μm且间距为63.5μm的图案---光刻生成菲林---水浴加热电铸基板法--干胶光刻--电铸至电铸层高于芯膜柱高度工艺，区别于常规干胶光刻---电铸工艺(常规电铸层厚度≤芯膜柱高度)，具体案例如：设计并且获取高度为18μm、直径为20μm芯膜柱，芯膜柱深宽比0.9＜1确保显影剥离良好，电铸金属层厚度至26μm取出，此时，喇叭孔形成，喇叭孔小端面直径为8μm，大端面直径为18μm，获得了巨量为结构孔金属印刷模板。
如上所述的一种巨量微结构孔金属印刷模板，所述微结构孔的横截面为圆形或多边形。
如上所述的一种巨量微结构孔金属印刷模板，所述巨量微结构孔金属印刷模板的材质为镍或镍合金。
本发明还提供了制造如上任一项所述一种巨量微结构孔金属印刷模板的方法，将载有芯膜柱的基板进行电铸，使电铸金属层的厚度达到设定值，取出，剥离基板并去除芯膜柱，清洗，即得所述巨量微结构孔金属印刷模板；载有芯膜柱的基板上的芯膜柱的形状、尺寸和分布位置同金属印刷模板中的沉孔；电铸金属层的厚度大于芯膜柱的高度，电铸金属层中芯膜柱的上方形成盲孔，盲孔为纵剖面呈类梯形的喇叭孔。
作为优选的技术方案：
如上所述的方法，载有芯膜柱的基板的制备步骤如下：
(1)设计微结构图案，光刻生成图案化菲林；
(2)选取表面平整的金属基板，对其待贴膜面进行表面粗化、清洁处理；
金属基板为厚度0.5～3mm的304不锈钢板；
处理的工艺流程为：砂纸研磨机打磨粗化→去离子水洗→浓度为15wt％的氢氧化钠溶液超声碱洗去油脂→60℃热水洗除皂化物→5％v/v稀盐酸溶液浸泡0.5～2min去除金属表面氧化层→去离子水洗；
(3)水浴预热金属基板，用自动贴膜机在金属基板的待贴膜面热压贴合UV感光干膜后，冷却至室温；
水浴预热的温度为70～80℃，时间为0.5～2min；自动贴膜机的温度设定为100～120℃，速度设定为0.5～1m/min，压力设定为3～5kg/cm2；
(4)在金属基板上的UV感光干膜面上对位覆盖图案化菲林后，用UV平行光曝光机进行UV曝光，用喷淋显影机显影后水洗去除未曝光区域UV感光干膜，用烘胶台或烘箱烘烤，得到载有芯膜柱的基板；
UV平行光曝光机的真空度设定为350～600mmHg，使菲林与干膜贴合精密无空气，曝光能量设定为40～105mj/cm2，曝光区域UV感光干膜产生光固化学反应；
喷淋显影机的速度设定为15～20mm/sec，喷压设定为0.5～1kg/cm2；
显影采用浓度为0.5～2.5wt％且pH值为9～12的碳酸钠溶液，显影过程中，金属基板上未曝光区域干膜被显影液溶解，经水洗被去除，留下曝光区域干膜，得到附着牢固的芯膜柱，即获得载有芯膜柱的基板；
烘烤的温度为110～120℃，时间为2～5min，烘烤增加了芯膜柱与金属基板附着力、增加芯膜柱耐蚀性、减少芯膜柱针孔产生。
如上所述的方法，所述芯膜柱为圆柱形或横截面呈多边形的多棱柱形，直径等于所述沉孔的直径，高度等于所述沉孔的深度。
如上所述的方法，电铸的过程为：采用阴极摆动式电铸系统，配置好电铸液加入电铸槽，加热至40～55℃，将载有芯膜柱的基板连接阴极板，放入电铸槽，设定阴极摆动速度为35～50mm/sec，设定高频脉冲电压和电流使电流密度达到0.5～1.0A/dm2，依据电铸金属层的厚度设定值，确定电铸时间后电铸；电铸结束后，取出基板放入碱液pH值为9～14且温度为45～60℃的碱液脱模槽中15～60min，溶解芯膜柱，取出，离子水洗，将电铸金属层与基板剥离。
如上所述的方法，进一步地，所述剥离基板并去除芯膜柱之前还进行蚀刻，即在所述盲孔中灌入感光胶，光固化后单面蚀刻减薄所述盲孔的大端面电铸金属层，使电铸金属层厚度达到设定值。
如上所述的方法，单面蚀刻减薄所述盲孔的大端面电铸金属层，获得不同的所述盲孔的大端面直径，最小不小于5μm。
如上所述的方法，光固化后铲除盲孔的大端面表面多余的感光胶，保留盲孔里的感光胶。
如上所述的方法，蚀刻的具体过程为：首先采用溶剂擦洗清洁电铸金属层，并离子风淋使溶剂挥发干净，然后在电铸金属层的表面刮涂或喷涂感光胶，在55℃的温度条件下烘烤干固感光胶，曝光光固，铲除电铸金属层表面的感光胶，保留盲孔内的感光胶以保护盲孔内壁不被蚀刻，最后对电铸金属层进行喷淋蚀刻，固定蚀刻液浓度，恒定喷淋压力为0.5～0.8kg/cm2，调节蚀刻速度，减薄电铸金属层，直到达到减薄设定值。
发明原理：
本发明的巨量微结构孔金属印刷模板的微结构孔由纵剖面呈矩形的沉孔和纵剖面呈类梯形的喇叭孔构成，所述喇叭孔的小端面接所述沉孔底部，所述喇叭孔的大端面印刷时接触承印面；印刷油墨时，由于所述喇叭孔的小端面接所述沉孔底部且所述喇叭孔的小端面直径小于所述沉孔的直径，同时油墨具有张力效应，因而油墨在不受外力挤压、仅依靠自然重量时不会流入喇叭孔内，所述沉孔形成了印刷油墨“计量容墨腔”体；由于所述喇叭孔的小端面直径小于所述沉孔的直径，同时小于喇叭孔的大端面直径，因而印刷时，油墨经喇叭孔的小端面自沉孔流入喇叭孔内时会因压差形成挤压、喷射流体力学效应，喇叭孔形成了“油墨喷射腔”体，油墨经喇叭孔的小端面呈喷射状射入喇叭孔内，并附着到承印物表面，这种挤压喷射效应，使得每个转移油墨团体积一致、外形结构一致；由于所述沉孔容积(也即计量容墨腔容积)大于所述喇叭孔的容积(也即油墨喷射腔体容积)，因而油墨能够精确填满喇叭孔空间，油墨也获得了最大挤压力，如此形成的转写油墨微结构，外形轮廓准确，附着力好，油墨微结构外形直径等于所述喇叭孔的大端面直径，高度小于喇叭孔的深度，可获得最小直径为5μm且最小深度为3～5μm的超细精密油墨微结构；由于所述喇叭孔的孔壁为向孔内凸起的曲面，在印刷时，所述向孔内凸起的曲面形状，对油墨的垂直挤压效应更明显，垂直挤压力大，增加了油墨与承印基材表面附着力，而且向孔内凸起的曲面形状使得油墨更容易脱模，有利于实现油墨材料以巨量微结构形式转移至承印物表面；此外，印刷布墨时，单个计量容墨腔多次重复布墨量精确稳定，多个计量容墨腔布墨量精确相等，这是实现巨量微结构精密转写重要条件。
有益效果
(1)本发明的一种巨量微结构孔金属印刷模板，可以通过丝网印刷工艺，将各种功能材料如光学材料、电、磁、热功能材料制成液体油墨，印刷在基材上，实现了材料复合，这种微结构图形化的复合材料，可以形成各种功能性产品；
(2)本发明的一种巨量微结构孔金属印刷模板，能够实现高转移率巨量微结构转移技术、以及材料微结构化迁驻于其它基材表面，这些都属于印刷电子技术范畴关键核心技术，应用具体如微结构光学器件如导光板、导光膜、扩散膜、棱镜膜、反射膜等，具体如电子微器件如微电路、微电阻、微电感、微电容等，具体如热器件如微热导、微热阻线路等，具体如磁器件如微导线、微磁屏蔽、微磁结构吸波等，吸声降噪微结构等，应用广泛；
(3)本发明的一种巨量微结构孔金属印刷模板的制造方法，实现了单微结构孔孔径尺寸最小4～30μm、微结构孔密度200dpi～400dpi、转移面积大于等于15对角英寸的阵列微结构，工艺简单，易于操作，适用范围广。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为步骤(S2)光刻摆放示意图；
图3为第二微结构模板的示意图；
图4为第三微结构金属模板的示意图；
图5为在第三微结构金属模板中的盲孔孔口所在面涂覆感光胶的示意图；
图6为单面蚀刻减薄后的第三微结构金属模板的示意图；
图7为巨量微结构孔金属印刷模板的示意图；
图8为用巨量微结构孔金属印刷模板实现材料印刷转移的示意图；
其中，10-第一微结构模板，20-金属基板，30-感光干膜，31-芯膜柱，40-电铸金属层，41-盲孔孔口，50-感光胶，60-基材，70-油墨，80-印刷刮胶。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种巨量微结构孔金属印刷模板的制造方法，如图1所示，流程如下：
(S1)光刻获得第一微结构模板，即图案化菲林；
设计微结构图案，通过光刻生成图案化第一微结构模板，即图案化菲林；
(S2)光刻获得第二微结构模板；
如图2和图3所示，将金属基板20经粗化和清洁后，放入70～80℃去离子水槽，水浴预热0.5～2min取出，立刻投入压膜机中100～120℃热压贴合感光干膜30，光刻(即覆盖第一微结构模板10，曝光显影，去除第一微结构模板10和未曝光区干膜)得到附着牢固的芯膜柱31，即得载有芯膜柱31的基板(即第二微结构模板)；
芯膜柱31为圆柱形或横截面呈多边形的多棱柱形，直径等于沉孔的直径，高度等于沉孔的深度；
(S3)电铸获得第三微结构金属模板；
如图4所示，将载有芯膜柱31的基板(即第二微结构模板)放入电铸液槽中进行电铸形成电铸金属层40，获得第三微结构金属模板，图中，D1为盲孔的大端面直径，d1为盲孔的小端面直径，H1为盲孔的深度，D0为芯膜柱31的直径，H0为芯模柱的高度；
(S4)单面蚀刻减薄第三微结构金属模板；
如图4～7所示，在第三微结构金属模板上电铸金属层面(即盲孔孔口41所在面)涂覆感光胶50，光固，去除电铸金属层面表面感光胶50，保留盲孔内感光胶50，采用单面喷淋蚀刻工艺，单面蚀刻减薄第三微结构金属模板电铸金属层，使电铸金属层厚度达到设定值，获得不同的喇叭孔的大端面直径(最小不小于5μm)，取出清洁，剥离第二微结构模板，去除芯膜柱31和感光胶50，清洗即得巨量微结构孔金属印刷模板；
需注意的是，如果(S3)结束后，第三微结构金属模板中电铸金属层厚度等于设定值，则不进行(S4)，直接从第三微结构金属模板中剥离第二微结构模板，去除芯膜，清洗即得巨量微结构孔金属印刷模板。
最终制得的巨量微结构孔金属印刷模板的微结构孔如图7所示，由纵剖面呈矩形的沉孔和纵剖面呈类梯形的喇叭孔构成，类梯形与梯形的区别仅在于其两腰围成“八”字，喇叭孔与沉孔的对称中心轴线重合，喇叭孔的小端面接沉孔底部，喇叭孔的大端面印刷时接触承印面；
沉孔的直径(即图7中的D0，等于图4中芯膜柱31的直径)为20～60μm，沉孔的深度(即图7中的H0，等于图4中芯模柱的高度)为10～30μm；喇叭孔的小端面直径(即图7中的d1，等于图4中盲孔的小端面直径)为4～30μm，喇叭孔的深度(即图7中的H2)为5～50μm，喇叭孔的大端面直径(即图7中的D2)不小于5μm且小于等于64μm；沉孔的容积大于喇叭孔的容积；微结构孔的深度为25～80μm，密度为200dpi～400dpi，孔分布面积大于等于15对角英寸；巨量微结构孔金属印刷模板的厚度等于微结构孔的深度；巨量微结构孔金属印刷模板的材质为镍或镍合金。
如图8所示，将巨量微结构孔金属印刷模板张网制成丝网印刷模板，通过丝网印刷工艺，将各种功能材料如光学材料、电、磁、热功能材料制成液体油墨70，巨量转移到基材60上，实现了微结构转移、材料复合，这种微结构图形化的复合材料，形成了各种功能性产品。
现结合具体不同微结构实施例，对本发明的巨量微结构孔金属印刷模板的制造方法进行说明：
实施例1
一种巨量微结构孔金属印刷模板，材质为镍，微结构孔由纵剖面呈矩形的沉孔和纵剖面呈类梯形的喇叭孔构成，类梯形与梯形的区别仅在于其两腰围成“八”字，所述喇叭孔与所述沉孔的对称中心轴线重合，所述喇叭孔的小端面接所述沉孔底部，所述喇叭孔的大端面印刷时接触承印面；
所述沉孔的直径为30μm，所述沉孔的深度为20μm；
所述喇叭孔的小端面直径为4μm，所述喇叭孔的深度为20μm，所述喇叭孔的大端面直径为36μm；
所述沉孔的容积大于所述喇叭孔的容积；
所述微结构孔的密度为300dpi，孔分布面积为15.6对角英寸，横截面为圆形；
所述巨量微结构孔金属印刷模板的厚度(40μm)等于所述微结构孔的深度。
上述巨量微结构孔金属印刷模板的制备步骤如下：
(1)制备载有芯膜柱的基板，载有芯膜柱的基板上的芯膜柱的形状、尺寸和分布位置同金属印刷模板中的沉孔；
(1.1)设计微结构图案，光刻生成图案化菲林；
(1.2)选取表面平整的金属基板，对其待贴膜面进行表面粗化、清洁处理；
金属基板为厚度0.5mm的304不锈钢板；
处理的工艺流程为：砂纸研磨机打磨粗化→去离子水洗→浓度为15wt％的氢氧化钠溶液超声碱洗→60℃热水洗→5％v/v稀盐酸溶液浸泡0.5min→去离子水洗；
(1.3)水浴预热(温度为70℃，时间为2min)金属基板，用自动贴膜机(温度设定为100℃，速度设定为0.5m/min，压力设定为5kg/cm2)在金属基板的待贴膜面热压贴合UV感光干膜后，冷却至室温；
(1.4)在金属基板上的UV感光干膜面上对位覆盖图案化菲林后，用UV平行光曝光机(真空度设定为350mmHg，曝光能量设定为40mj/cm2)进行UV曝光，用喷淋显影机(速度设定为15mm/sec，喷压设定为0.5kg/cm2)显影(采用浓度为0.5wt％且pH值为9的碳酸钠溶液)后水洗去除未曝光区域UV感光干膜，用烘胶台或烘箱烘烤(温度为110℃，时间为5min)，得到载有芯膜柱的基板；
(2)将载有芯膜柱的基板进行电铸；
采用阴极摆动式电铸系统，配置好电铸液加入电铸槽，加热至45℃，将载有芯膜柱的基板连接阴极板，放入电铸槽，设定阴极摆动速度为43mm/sec，设定高频脉冲电压和电流使电流密度达到0.5A/dm2，电铸356min；
电铸金属层的厚度(具体为40μm)大于芯膜柱的高度，电铸金属层中芯膜柱的上方形成盲孔，盲孔为纵剖面呈类梯形的喇叭孔，盲孔的大端面直径为36μm，盲孔的深度为20μm；
(3)从电铸液中取出电铸后的基板；
(4)将电铸后的基板放入碱液pH值为9且温度为60℃的碱液脱模槽中15min，溶解芯膜柱，取出，离子水洗，将电铸金属层与基板剥离，即得所述巨量微结构孔金属印刷模板。
实施例2
一种巨量微结构孔金属印刷模板，材质为镍，微结构孔由纵剖面呈矩形的沉孔和纵剖面呈类梯形的喇叭孔构成，类梯形与梯形的区别仅在于其两腰围成“八”字，所述喇叭孔与所述沉孔的对称中心轴线重合，所述喇叭孔的小端面接所述沉孔底部，所述喇叭孔的大端面印刷时接触承印面；
所述沉孔的直径为20μm，所述沉孔的深度为18μm；
所述喇叭孔的小端面直径为8μm，所述喇叭孔的深度为8μm，所述喇叭孔的大端面直径为18μm；
所述沉孔的容积大于所述喇叭孔的容积；
所述微结构孔的密度为400dpi，孔分布面积为13.3对角英寸，横截面为正方形；
所述巨量微结构孔金属印刷模板的厚度(26μm)等于所述微结构孔的深度。
上述巨量微结构孔金属印刷模板的制备步骤如下：
(1)制备载有芯膜柱的基板，载有芯膜柱的基板上的芯膜柱的形状、尺寸和分布位置同金属印刷模板中的沉孔；
(1.1)设计微结构图案，光刻生成图案化菲林；
(1.2)选取表面平整的金属基板，对其待贴膜面进行表面粗化、清洁处理；
金属基板为厚度1mm的304不锈钢板；
处理的工艺流程为：砂纸研磨机打磨粗化→去离子水洗→浓度为15wt％的氢氧化钠溶液超声碱洗→60℃热水洗→5％v/v稀盐酸溶液浸泡0.7min→去离子水洗；
(1.3)水浴预热(温度为72℃，时间为1.8min)金属基板，用自动贴膜机(温度设定为102℃，速度设定为0.6m/min，压力设定为4.8kg/cm2)在金属基板的待贴膜面热压贴合UV感光干膜后，冷却至室温；
(1.4)在金属基板上的UV感光干膜面上对位覆盖图案化菲林后，用UV平行光曝光机(真空度设定为380mmHg，曝光能量设定为60mj/cm2)进行UV曝光，用喷淋显影机(速度设定为17mm/sec，喷压设定为0.7kg/cm2)显影(采用浓度为1wt％且pH值为9.5的碳酸钠溶液)后水洗去除未曝光区域UV感光干膜，用烘胶台或烘箱烘烤(温度为112℃，时间为4.5min)，得到载有芯膜柱的基板；
(2)将载有芯膜柱的基板进行电铸；
采用阴极摆动式电铸系统，配置好电铸液加入电铸槽，加热至45℃，将载有芯膜柱的基板连接阴极板，放入电铸槽，设定阴极摆动速度为43mm/sec，设定高频脉冲电压和电流使电流密度达到0.7A/dm2，电铸230min；
电铸金属层的厚度(具体为26μm)大于芯膜柱的高度，电铸金属层中芯膜柱的上方形成盲孔，盲孔为纵剖面呈类梯形的喇叭孔，盲孔的大端面直径为18μm，盲孔的深度为8μm；
(3)从电铸液中取出电铸后的基板；
(4)将电铸后的基板放入碱液pH值为10且温度为57℃的碱液脱模槽中24min，溶解芯膜柱，取出，离子水洗，将电铸金属层与基板剥离，即得所述巨量微结构孔金属印刷模板。
实施例3
一种巨量微结构孔金属印刷模板，材质为镍，微结构孔由纵剖面呈矩形的沉孔和纵剖面呈类梯形的喇叭孔构成，类梯形与梯形的区别仅在于其两腰围成“八”字，所述喇叭孔与所述沉孔的对称中心轴线重合，所述喇叭孔的小端面接所述沉孔底部，所述喇叭孔的大端面印刷时接触承印面；
所述沉孔的直径为50μm，所述沉孔的深度为20μm；
所述喇叭孔的小端面直径为5μm，所述喇叭孔的深度为20μm，所述喇叭孔的大端面直径为13μm；
所述沉孔的容积大于所述喇叭孔的容积；
所述微结构孔的密度为220dpi，孔分布面积为18.5对角英寸，横截面为等边三角形；
所述巨量微结构孔金属印刷模板的厚度(40μm)等于所述微结构孔的深度。
上述巨量微结构孔金属印刷模板的制备步骤如下：
(1)制备载有芯膜柱的基板，载有芯膜柱的基板上的芯膜柱的形状、尺寸和分布位置同金属印刷模板中的沉孔；
(1.1)设计微结构图案，光刻生成图案化菲林；
(1.2)选取表面平整的金属基板，对其待贴膜面进行表面粗化、清洁处理；
金属基板为厚度1.5mm的304不锈钢板；
处理的工艺流程为：砂纸研磨机打磨粗化→去离子水洗→浓度为15wt％的氢氧化钠溶液超声碱洗→60℃热水洗→5％v/v稀盐酸溶液浸泡0.9min→去离子水洗；
(1.3)水浴预热(温度为74℃，时间为1.6min)金属基板，用自动贴膜机(温度设定为104℃，速度设定为0.7m/min，压力设定为4.6kg/cm2)在金属基板的待贴膜面热压贴合UV感光干膜后，冷却至室温；
(1.4)在金属基板上的UV感光干膜面上对位覆盖图案化菲林后，用UV平行光曝光机(真空度设定为430mmHg，曝光能量设定为50mj/cm2)进行UV曝光，用喷淋显影机(速度设定为16mm/sec，喷压设定为0.6kg/cm2)显影(采用浓度为1.5wt％且pH值为10的碳酸钠溶液)后水洗去除未曝光区域UV感光干膜，用烘胶台或烘箱烘烤(温度为114℃，时间为4min)，得到载有芯膜柱的基板；
(2)将载有芯膜柱的基板进行电铸；
采用阴极摆动式电铸系统，配置好电铸液加入电铸槽，加热至45℃，将载有芯膜柱的基板连接阴极板，放入电铸槽，设定阴极摆动速度为36mm/sec，设定高频脉冲电压和电流使电流密度达到0.6A/dm2，电铸559min；
电铸金属层的厚度(具体为56μm)大于芯膜柱的高度，电铸金属层中芯膜柱的上方形成盲孔，盲孔为纵剖面呈类梯形的喇叭孔，盲孔的大端面直径为58μm，盲孔的深度为36μm；
(3)从电铸液中取出电铸后的基板；
(4)蚀刻；
采用单面喷淋蚀刻工艺，首先采用溶剂擦洗清洁电铸金属层，并离子风淋使溶剂挥发干净，然后在电铸金属层的表面刮涂或喷涂感光胶，在55℃的温度条件下烘烤干固感光胶，曝光光固，铲除电铸金属层表面的感光胶，保留盲孔内的感光胶，最后对电铸金属层进行喷淋蚀刻，固定蚀刻液浓度，恒定喷淋压力，调节蚀刻速度，蚀刻一段时间，至电铸金属层的厚度减薄16μm；
(5)将电铸后的基板放入碱液pH值为11且温度为55℃的碱液脱模槽中34min，溶解芯膜柱，取出，离子水洗，将电铸金属层与基板剥离，即得所述巨量微结构孔金属印刷模板。
实施例4
一种巨量微结构孔金属印刷模板，材质为镍，微结构孔由纵剖面呈矩形的沉孔和纵剖面呈类梯形的喇叭孔构成，类梯形与梯形的区别仅在于其两腰围成“八”字，所述喇叭孔与所述沉孔的对称中心轴线重合，所述喇叭孔的小端面接所述沉孔底部，所述喇叭孔的大端面印刷时接触承印面；
所述沉孔的直径为20μm，所述沉孔的深度为15μm；
所述喇叭孔的小端面直径为4μm，所述喇叭孔的深度为10μm，所述喇叭孔的大端面直径为6μm；
所述沉孔的容积大于所述喇叭孔的容积；
所述微结构孔的密度为400dpi，孔分布面积为12.6对角英寸，横截面为圆形；
所述巨量微结构孔金属印刷模板的厚度(25μm)等于所述微结构孔的深度。
上述巨量微结构孔金属印刷模板的制备步骤如下：
(1)制备载有芯膜柱的基板，载有芯膜柱的基板上的芯膜柱的形状、尺寸和分布位置同金属印刷模板中的沉孔；
(1.1)设计微结构图案，光刻生成图案化菲林；
(1.2)选取表面平整的金属基板，对其待贴膜面进行表面粗化、清洁处理；
金属基板为厚度2mm的304不锈钢板；
处理的工艺流程为：砂纸研磨机打磨粗化→去离子水洗→浓度为15wt％的氢氧化钠溶液超声碱洗→60℃热水洗→5％v/v稀盐酸溶液浸泡1min→去离子水洗；
(1.3)水浴预热(温度为76℃，时间为1.5min)金属基板，用自动贴膜机(温度设定为108℃，速度设定为0.8m/min，压力设定为4.1kg/cm2)在金属基板的待贴膜面热压贴合UV感光干膜后，冷却至室温；
(1.4)在金属基板上的UV感光干膜面上对位覆盖图案化菲林后，用UV平行光曝光机(真空度设定为450mmHg，曝光能量设定为80mj/cm2)进行UV曝光，用喷淋显影机(速度设定为19mm/sec，喷压设定为0.8kg/cm2)显影(采用浓度为2wt％且pH值为11的碳酸钠溶液)后水洗去除未曝光区域UV感光干膜，用烘胶台或烘箱烘烤(温度为116℃，时间为3.5min)，得到载有芯膜柱的基板；
(2)将载有芯膜柱的基板进行电铸；
采用阴极摆动式电铸系统，配置好电铸液加入电铸槽，加热至47℃，将载有芯膜柱的基板连接阴极板，放入电铸槽，设定阴极摆动速度为44mm/sec，设定高频脉冲电压和电流使电流密度达到0.8A/dm2，电铸242min；
电铸金属层的厚度(具体为32μm)大于芯膜柱的高度，电铸金属层中芯膜柱的上方形成盲孔，盲孔为纵剖面呈类梯形的喇叭孔，盲孔的大端面直径为23μm，盲孔的深度为17μm；
(3)从电铸液中取出电铸后的基板；
(4)蚀刻；
采用单面喷淋蚀刻工艺，首先采用溶剂擦洗清洁电铸金属层，并离子风淋使溶剂挥发干净，然后在电铸金属层的表面刮涂或喷涂感光胶，在55℃的温度条件下烘烤干固感光胶，曝光光固，铲除电铸金属层表面的感光胶，保留盲孔内的感光胶，最后对电铸金属层进行喷淋蚀刻，固定蚀刻液浓度，恒定喷淋压力，调节蚀刻速度，蚀刻一段时间，至电铸金属层的厚度减薄7μm；
(5)将电铸后的基板放入碱液pH值为12且温度为52℃的碱液脱模槽中45min，，溶解芯膜柱，取出，离子水洗，将电铸金属层与基板剥离，即得所述巨量微结构孔金属印刷模板。
Claims (14)
1.一种巨量微结构孔金属印刷模板，其特征是：所述巨量微结构孔金属印刷模板的微结构孔由纵剖面呈矩形的沉孔和纵剖面呈类梯形的喇叭孔构成，类梯形与梯形的区别仅在于其两腰围成“八”字，所述喇叭孔与所述沉孔的对称中心轴线重合，所述喇叭孔的小端面接所述沉孔底部，所述喇叭孔的大端面印刷时接触承印面；
所述沉孔的直径为20～60μm，所述沉孔的深度为10～30μm；
所述微结构孔的深度为25～80μm；
所述巨量微结构孔金属印刷模板的厚度等于所述微结构孔的深度。
2.根据权利要求1所述的一种巨量微结构孔金属印刷模板，其特征在于，所述喇叭孔的小端面直径为4～30μm，所述喇叭孔的深度为5～50μm，所述喇叭孔的大端面直径不小于5μm且小于等于64μm。
3.根据权利要求1所述的一种巨量微结构孔金属印刷模板，其特征在于，所述沉孔的容积大于所述喇叭孔的容积。
4.根据权利要求1所述的一种巨量微结构孔金属印刷模板，其特征在于，所述微结构孔的密度为200dpi～400dpi，孔分布面积大于等于15对角英寸。
5.根据权利要求1所述的一种巨量微结构孔金属印刷模板，其特征在于，所述微结构孔的横截面为圆形或多边形。
6.根据权利要求1所述的一种巨量微结构孔金属印刷模板，其特征在于，所述巨量微结构孔金属印刷模板的材质为镍或镍合金。
7.制造如权利要求1～6中任一项所述一种巨量微结构孔金属印刷模板的方法，其特征是：将载有芯膜柱的基板进行电铸，使电铸金属层的厚度达到设定值，取出，剥离基板并去除芯膜柱，清洗，即得所述巨量微结构孔金属印刷模板；载有芯膜柱的基板上的芯膜柱的形状、尺寸和分布位置同金属印刷模板中的沉孔；电铸金属层的厚度大于芯膜柱的高度，电铸金属层中芯膜柱的上方形成盲孔，盲孔为纵剖面呈类梯形的喇叭孔。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，载有芯膜柱的基板的制备步骤如下：
(1)设计微结构图案，光刻生成图案化菲林；
(2)选取表面平整的金属基板，对其待贴膜面进行表面粗化、清洁处理；
金属基板为厚度0.5～3mm的304不锈钢板；
处理的工艺流程为：砂纸研磨机打磨粗化→去离子水洗→浓度为15wt％的氢氧化钠溶液超声碱洗→60℃热水洗→5％v/v稀盐酸溶液浸泡0.5～2min→去离子水洗；
(3)水浴预热金属基板，用自动贴膜机在金属基板的待贴膜面热压贴合UV感光干膜后，冷却至室温；
水浴预热的温度为70～80℃，时间为0.5～2min；自动贴膜机的温度设定为100～120℃，速度设定为0.5～1m/min，压力设定为3～5kg/cm2；
(4)在金属基板上的UV感光干膜面上对位覆盖图案化菲林后，用UV平行光曝光机进行UV曝光，用喷淋显影机显影后水洗去除未曝光区域UV感光干膜，用烘胶台或烘箱烘烤，得到载有芯膜柱的基板；
UV平行光曝光机的真空度设定为350～600mmHg，曝光能量设定为40～105mj/cm2；
喷淋显影机的速度设定为15～20mm/sec，喷压设定为0.5～1kg/cm2；
显影采用浓度为0.5～2.5wt％且pH值为9～12的碳酸钠溶液；
烘烤的温度为110～120℃，时间为2～5min。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述芯膜柱为圆柱形或横截面呈多边形的多棱柱形，直径等于所述沉孔的直径，高度等于所述沉孔的深度。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，电铸的过程为：采用阴极摆动式电铸系统，配置好电铸液加入电铸槽，加热至40～55℃，将载有芯膜柱的基板连接阴极板，放入电铸槽，设定阴极摆动速度为35～50mm/sec，设定高频脉冲电压和电流使电流密度达到0.5～1.0A/dm2，依据电铸金属层的厚度设定值，确定电铸时间后电铸；电铸结束后，取出基板放入碱液pH值为9～14且温度为45～60℃的碱液脱模槽中15～60min，溶解芯膜柱，取出，离子水洗，将电铸金属层与基板剥离。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步地，所述剥离基板并去除芯膜柱之前还进行蚀刻，即在所述盲孔中灌入感光胶，光固化后单面蚀刻减薄所述盲孔的大端面电铸金属层，使电铸金属层厚度达到设定值。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，单面蚀刻减薄所述盲孔的大端面电铸金属层，获得不同的所述盲孔的大端面直径，最小不小于5μm。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，光固化后铲除盲孔的大端面表面多余的感光胶，保留盲孔里的感光胶。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，蚀刻的具体过程为：首先采用溶剂擦洗清洁电铸金属层，并离子风淋使溶剂挥发干净，然后在电铸金属层的表面刮涂或喷涂感光胶，在55℃的温度条件下烘烤干固感光胶，曝光光固，铲除电铸金属层表面的感光胶，保留盲孔内的感光胶，最后对电铸金属层进行喷淋蚀刻，固定蚀刻液浓度，恒定喷淋压力为0.5～0.8kg/cm2，调节蚀刻速度，减薄电铸金属层，直到达到减薄设定值。
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| WO2017067307A1 (zh) * | 2015-10-20 | 2017-04-27 | 昆山允升吉光电科技有限公司 | 一种蒸镀用复合磁性掩模板的制作方法 |
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