CN207937754U - 一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置。它通过在衬底上涂抹脱模剂，将带式模板一特征层内的图案转移到衬底上，当具有压印图案的衬底到达压印模板二下方后，在观测装置的观察下，通过控制压印辊二的旋转，使得第一次压印后的特征图案与带式模板二的特征层相对齐，启动加热装置，使得第一次压印后的特征图案顶部融化，并与带式模板二内的光刻胶相粘结，脱模后得到具有复杂三维微结构的图案，最终由收卷辊收集。本实用新型采用逆辊压印技术，通过二次对齐和多次图案转移，实现了复杂三维微结构低成本、高效率的批量生产。

Description

一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置，属于微纳制造领域。

背景技术

微纳加工所制备的三维复杂微结构在生物医学、微流控器件、微纳光学器件以及微电子等领域具有非常重要的价值。目前制备三维复杂微结构多采用激光烧结和电化学沉积的方式来制备，难以满足低成本、高效率的批量生产复杂三维微结构的工业需求。

辊式纳米压印是一种能够快速制备微纳图案的方法，能够快速、批量的制备微纳图案，但目前多用于制备简单微结构（如条形光栅、柱状微结构），难以制备三维复杂微纳结构。公告号为CN 102169289 B的专利公布了一种机床用超长光栅尺逆辊压印成型的方法，用于高速、低成本的连续制造超长光栅尺。通过控制滚筒的高精度连续回转，直接将微结构转移到光栅尺胚表面，以此实现超长光栅的制造。但该专利仅仅用于超长光栅尺的制备，难以实现连续三维复杂微纳结构的制备。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置，采用逆辊压印技术，通过多次图案转移，实现了复杂三维微结构低成本、高效率的批量生产。

根据本实用新型目的提出的一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置，其特征在于，包括放卷辊、张紧辊、支撑辊一、胶盒、衬底、压印辊一、支撑辊二、带式模板一、刮胶刀一、涂胶辊一、脱模辊一、支撑辊三、红外线热源、压印辊二、带式模板二、刮胶刀二、涂胶辊二、脱模辊二、支撑辊四、观测装置、支撑辊五、导向辊一、导向辊二和收卷辊，其中，衬底包覆于放卷辊与收卷辊之上，由支撑辊一、支撑辊二、支撑辊三、支撑辊四、支撑辊五进行支撑，由导向辊一、导向辊二进行导向，由张紧辊进行张紧，带式模板一固定于压印辊一和脱模辊一上，带式模板一上方固定有涂胶辊一，涂胶辊一前方有刮胶刀一，带式模板二固定于压印辊二和脱模辊二上，带式模板二上方固定有涂胶辊二，涂胶辊二前方有刮胶刀二，其中，压印辊二和脱模辊二的装配高度高于压印辊一和脱模辊一，其高度略小于带式模板一的特征层高度，带式模板二下方有观测装置，收卷辊、压印辊一和压印辊二均由伺服电机进行控制，收卷辊、压印辊一和压印辊二作为装置中的主动辊，脱模辊一的转动由压印辊一带动，脱模辊二的转动由压印辊二带动，放卷辊由收卷辊带动。

根据本实用新型目的提出的一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置，其特征在于：所述的观测装置包括显微镜、分束镜、LED光源和CCD相机，LED光源发出的的可见光经由分束镜及显微物镜入射到加工件上，由衬底反射的可见光通过显微物镜、分束镜而进入CCD相机。

附图说明

图1是本实用新型的一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置的结构示意图；

图2是本实用新型的一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置的观测装置的结构示意图；

图3a是本实用新型的一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置的工艺步骤示意图；

图3b是本实用新型的一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置的工艺步骤示意图；

图3c是本实用新型的一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置的工艺步骤示意图；

图3d是本实用新型的一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置的工艺步骤示意图。

附图标记说明：放卷辊-1，张紧辊-2，支撑辊一-3，胶盒-4，衬底-5，压印辊一-6，支撑辊二-7，带式模板一-8，刮胶刀一-9，涂胶辊一-10，脱模辊一-11，支撑辊三-12，红外线热源-13，压印辊二-14，带式模板二-15，刮胶刀二-16，涂胶辊二-17，脱模辊二18，支撑辊四-19，观测装置-20，支撑辊五-21，导向辊一-22，导向辊二-23，收卷辊-24，脱模剂-401，第一次压印图案-801，第二次压印图案-1501，CCD相机-2001，显微镜-2002，分束镜-2003，LED光源-2004。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置，包括：放卷辊1、张紧辊2、支撑辊一3、胶盒4、衬底5、压印辊一6、支撑辊二7、带式模板一8、刮胶刀一9、涂胶辊一10、脱模辊一11、支撑辊三12、红外线热源13、压印辊二14、带式模板二15、刮胶刀二16、涂胶辊二17、脱模辊二18、支撑辊四19、观测装置20、支撑辊五21、导向辊一22、导向辊二23和收卷辊24，其中，衬底5包覆于放卷辊1与收卷辊24之上，由支撑辊一3、支撑辊二7、支撑辊三12、支撑辊四19、支撑辊五21进行支撑，由导向辊一22、导向辊二23进行导向，由张紧辊2进行张紧，带式模板一8固定于压印辊一6和脱模辊一11上，带式模板一8上方固定有涂胶辊一10，涂胶辊一10前方有刮胶刀一9，带式模板二15固定于压印辊二14和脱模辊二18上，带式模板二15上方固定有涂胶辊二17，涂胶辊二17前方有刮胶刀二16，其中，压印辊二14和脱模辊二18的装配高度高于压印辊一6和脱模辊一11，其高度略小于带式模板一8的特征层高度，带式模板二15下方有观测装置20，收卷辊24、压印辊一6和压印辊二14均由伺服电机进行控制，收卷辊24、压印辊一6和压印辊二14作为装置中的主动辊，脱模辊一11的转动由压印辊一6带动，脱模辊二18的转动由压印辊二14带动，放卷辊1由收卷辊24带动。

如图2所示，一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置，其特征在于：所述的观测装置包括CCD相机2001、显微镜2002、分束镜2003和LED光源2004，LED光源2004发出的可见光经由分束镜2003及显微镜2002入射到加工件上，由衬底5反射的可见光通过显微镜2002、分束镜2003而进入CCD相机2001。

图3a-3d是通过本实用新型的一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置制备复杂三维微结构的示意图。

下面结合图1-2、图3a-3d对本实用新型做进一步说明。

（1）预处理：放卷辊1进行放卷，收卷辊24进行收卷，衬底5经过胶盒4涂抹一层脱模剂401。

（2）第一次图案转移：涂胶辊一10对带式模板一8进行涂胶并将光刻胶压入带式模板一8的特征层中，并通过刮胶刀一9去除多余光刻胶，所述的光刻胶为PMMA，随着压印辊一6的旋转，将特征层中的图案转移至衬底5上，冷却固化后由脱模辊一11进行脱模。

（3）观测与调节：通过观测装置20观测第一次压印完毕的图案与带式模板二15的特征层是否对齐，若不对齐，通过控制压印辊二14的旋转使得第一次压印完毕的图案与带式模板二15的特征层对齐。

（4）第二次图案转移：涂胶辊二17对带式模板二15进行涂胶并将光刻胶压入带式模板二15的特征层中，并通过刮胶刀二16去除多余光刻胶，此时，打开红外线热源13，使得第一次压印后的特征图案顶部融化，随着压印辊二14的旋转，将特征层中的图案转移至第一次压印的图案上并粘结，得到具有复杂三维微结构的图案，冷却固化后由脱模辊二18进行脱模，此后，压印辊二14与压印辊一6始终保持同步运动，脱模辊二18与脱模辊一11始终保持同步运动。

（5）收集：压印完毕后由收卷辊24进行收集。

Claims (2)

1.一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置，其特征在于，包括放卷辊、张紧辊、支撑辊一、胶盒、衬底、压印辊一、支撑辊二、带式模板一、刮胶刀一、涂胶辊一、脱模辊一、支撑辊三、红外线热源、压印辊二、带式模板二、刮胶刀二、涂胶辊二、脱模辊二、支撑辊四、观测装置、支撑辊五、导向辊一、导向辊二和收卷辊，其中，衬底包覆于放卷辊与收卷辊之上，由支撑辊一、支撑辊二、支撑辊三、支撑辊四、支撑辊五进行支撑，由导向辊一、导向辊二进行导向，由张紧辊进行张紧，带式模板一固定于压印辊一和脱模辊一上，带式模板一上方固定有涂胶辊一，涂胶辊一前方有刮胶刀一，带式模板二固定于压印辊二和脱模辊二上，带式模板二上方固定有涂胶辊二，涂胶辊二前方有刮胶刀二，其中，压印辊二和脱模辊二的装配高度高于压印辊一和脱模辊一，其高度略小于带式模板一的特征层高度，带式模板二下方有观测装置，收卷辊、压印辊一和压印辊二均由伺服电机进行控制，收卷辊、压印辊一和压印辊二作为装置中的主动辊，脱模辊一的转动由压印辊一带动，脱模辊二的转动由压印辊二带动，放卷辊由收卷辊带动。

2.根据权利要求1所述的一种基于逆辊压印制备复杂三维微结构的装置，其特征在于,所述的观测装置包括显微镜、分束镜、LED光源和CCD相机，LED光源发出的可见光经由分束镜及显微镜入射到加工件上，由衬底反射的可见光通过显微镜、分束镜而进入CCD相机。