CN220720578U - 印版及印刷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及印刷电子和微纳制造技术领域，尤其涉及一种印版及印刷装置，印版包括图形层、隔离层、支撑层及至少一条气体通道，所述图形层位于所述支撑层上，所述隔离层位于所述图形层和所述支撑层之间，所述隔离层用于阻挡印刷材料且能够透过气体，所述气体通道位于所述支撑层内且与所述隔离层连通，所述图形层设有用于制造图形化结构的至少一个模腔，所述模腔的一端向外开口，另一端经所述隔离层及所述气体通道连通外部气压系统。通过气体通道施加压力，能够将印刷材料推出模腔并转移到承印物上，使得印刷材料的脱模来自气体通道传递的压力，进而可以使得印刷高度更高，材料选择范围更大，从而得到高分辨率、大高宽比的印刷图案或微结构。

Description

印版及印刷装置

技术领域

本实用新型涉及印刷电子和微纳制造技术领域，尤其涉及一种印版及印刷装置。

背景技术

伴随着电子制造业的不断增长，印刷电子技术也取得了快速发展。印刷电子采取适当的印刷方式将特定的功能性油墨印刷在不同种类的基底材料上，有低能耗、高利用率、可大面积规模化制造等特点，具有十分广阔的发展前景和潜力。常见的印刷电子工艺包括丝网印刷、凹版印刷、喷墨打印等，其中丝网印刷最为普遍，广泛应用在印制电路板、厚膜电路、显示屏、光伏电池等众多领域。

日益发展的产业应用对印刷电子提出了更高的工艺要求。例如，光伏电池金属栅线要求更细、高宽比更高、表面形貌更好，现有的印刷方式实现比较困难。

在精度要求更高的一些产业领域如高密度电路板、半导体封装等，现有印刷技术不能满足工艺要求，一般采用光学曝光或激光直写等技术完成图形化，需要引入光化学材料和工艺，成本较高。

卷对卷纳米压印具有高分辨率、高产率、低成本的优点，在光学器件、微流控等微纳制造领域应用广泛，但因良率问题、跨尺度加工能力和可压印材料有限等原因，较少应用于印刷电子，在微纳制造领域应用也有限制。

因此，亟待一种新的印刷技术，能够解决现有的印刷技术中存在的至少一个问题，以期实现高分辨率、大高宽比的印刷图案或微结构，能够大量且连续的生产，印刷材料选择多样，可适用于较大范围的印刷电子和微纳制造领域。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种印版及印刷装置，能够解决现有的印刷技术中存在的至少一个问题，以期实现高分辨率、大高宽比的印刷图案或微结构，能够大量且连续的生产，印刷材料选择多样，可适用于较大范围的印刷电子和微纳制造领域。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种印版，包括图形层、隔离层、支撑层及至少一条气体通道，所述图形层位于所述支撑层上，所述隔离层位于所述图形层和所述支撑层之间，所述隔离层用于阻挡印刷材料且能够透过气体，所述气体通道位于所述支撑层内且与所述隔离层连通，所述图形层设有用于制造图形化结构的至少一个模腔，所述模腔的一端向外开口，另一端经所述隔离层及所述气体通道连通外部气压系统。

可选的，每个所述模腔连通至少一个所述气体通道。

可选的，所述气体通道的接口位于所述支撑层的表面或所述图形层表面的非制版图案区域。

可选的，所述气体通道的接口与所述外部气压系统的气嘴可分离式地连通。

可选的，各所述气体通道的接口按预设规则排布，以使各条所述气体通道能够依次连通所述外部气压系统的气嘴。

可选的，所述图形层可更换地设置在所述支撑层上。

可选的，所述印版为轮转结构。

可选的，所述印版为滚筒结构。

可选的，所述气体通道平行于所述滚筒结构的轴向设置。

基于同一技术构思，本实用新型还提供了一种印刷装置，包括：

如上所述的印版；以及，

外部气压系统，具有至少一个气嘴，所述气嘴用于连通所述印版的气体通道。

可选的，所述印版与承印物具有间隙。

可选的，所述外部气压系统具有多个气嘴，至少两个所述气嘴能够分别与同一条所述气体通道的接口可分离式地连通。

可选的，所述至少两个所述气嘴提供的气压不同。

可选的，所述外部气压系统通过所述气嘴提供正压或负压。

可选的，所述印刷装置包括合印版及至少两个分料印版，所述合印版及所述至少两个分料印版均采用所述印版的结构，所述至少两个分料印版用于向所述合印版的模腔转移不同的印刷材料，所述合印版用于将所述模腔内的所有印刷材料转移至承印物。

可选的，所述合印版上的制版图案为所述至少两个分料印版的制版图案的并集；其中，各所述分料印版的制版图案不重合的部分在所述合印版上形成镶嵌图案，各所述分料印版的制版图案的重合的区域在所述合印版上形成层叠图案。

本实用新型提供的印版及印刷装置中，至少具有以下有益效果之一：

1)本实用新型结合了凹版印刷的进料方式、孔板印刷的施压方式和纳米压印的高分辨率模板，从模腔开口向内填充印刷材料，通过气体通道施加压力，以使印刷材料被推出模腔并转移到承印物上。由于印刷材料的脱模来自气体通道传递的压力，从而可以使得印刷高度更高，材料选择范围更大；

2)可以通过气体通道向模腔提供负压，以使模腔能够更好的接收供料系统提供的印刷材料，以及印版接收印刷材料之后且转移至承印物之前，使印刷材料被紧紧地吸附在模腔内；

3)印刷材料完全填充模腔，转移后无需流平，图形精度高且表面形貌好；

4)区别于其它的印刷技术，本实用新型的技术方案可以控制印版的图形层和承印物之间的接触程度，甚至使图形层和承印物之间无接触的，能够消除压力和减小承印物和印版损伤概率；

5)非图形区的轻微材料沾污不会转移，可以降低如压辊或刮刀对印版的压力，使得印版的版面损伤小，耐印力高，同时不容易发生材料堵塞，停机时间少、维护成本低；

6)当多种印刷材料被转移至印版上的不同区域时，能够在承印物上形成镶嵌图案；当多种印刷材料被填充至印版上的同一区域时，能够在承印物上形成层叠图案，满足不同的印刷需求；

7)能够实现高分辨率、大高宽比的印刷图案或微结构，能够大量且连续的生产，印刷材料选择多样，可适用于较大范围的印刷电子和微纳制造领域。

附图说明

本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本实用新型，而不对本实用新型的范围构成任何限定。其中：

图1为本实用新型一实施例提供的滚筒式印版的轴向剖视图；

图2为本实用新型一实施例提供的滚筒式印版的截面示意图；

图3为本实用新型一实施例提供的履带式印版的截面示意图；

图4为本实用新型一实施例提供的印刷装置的示意图。

其中：

1-图形层；2-隔离层；3-支撑层；4-气体通道；5-模腔；6-承印物；7-履带式印版；

10-钢管；20-镍层；30-第一铜层；40-隔离层；50-第二铜层；60-铬层；

100-合印版；200-分料印版。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的，并非用以限定本实用新型实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参照图1-图2，本实施例提供了一种印版，包括图形层1、隔离层2、支撑层3及至少一条气体通道4，图形层1位于支撑层3上，隔离层2位于图形层1和支撑层3之间，隔离层2用于阻挡印刷材料且能够透过气体，气体通道4位于支撑层3内且与隔离层2连通，图形层1设有用于制造图形化结构的至少一个模腔5，模腔5的一端向外开口，另一端经隔离层2及气体通道4连通外部气压系统。

需要理解的是，本实施例中，外部气压系统既可以通过气体通道4及隔离层2向模腔5提供正压(如输送气体)，以向模腔5内填充的印刷材料施加压力，以使印刷材料被推出模腔5并转移到承印物6上，还可以通过气体通道4及隔离层2向模腔5提供负压(如抽取模腔5内的气体)，以使模腔5能够更好的接收供料系统提供的印刷材料，以及在印版接收印刷材料之后且转移至承印物6之前，使印刷材料被紧紧地吸附在模腔5内。

应当理解的是，印版的外形可以是能实现如平压平或各种卷对卷制造方式的任意合适的形状，故图形层1、隔离层2以及气体通道4可以根据所需印刷的图形化结构的要求以及卷对卷制造方式要求来合理设置，本实用新型对此不做具体限定。例如，在平压平的制造方式下，支撑层3内的气体通道4可以简化。再例如，在卷对卷的制造方式下，印版的外形可以是滚筒形(如图1所示)、履带式(如图3所示)或其它可以轮转的结构，图形层1也可以根据器件制造需要设置相应的模腔5，印版可通过卷对卷的方式将图形化结构转移至承印物6上，本实用新型对此不做具体限定。

本实施例中，图形层1的制版图案可以根据印刷需要进行设计，不同的模腔5所制造的图形化结构的图案可以是相同的，也可以是不同的，可以是连续的，也可以是间断的。当每个模腔5在转动到供料系统时，印刷材料如浆料被压辊或刮刀等供料部件压入模腔5，受隔离层2阻挡填充模腔5。

本实施例中，模腔5可以是人工设计的腔体结构，其腔径尺寸、间距、沿脱模方向的截面形状以及沿垂直于脱模方向的截面形状等等均取决所需要的图形化结构中相应图形的要求。各个模腔5的腔径可以是均匀的，也可以是上小下大的，模腔5的侧壁可以是光滑的直壁，也可以是光滑的且曲率不影响脱模的曲形壁，还可以是具有台阶或阶梯等特定图案的非光滑侧壁。

可选的，每个模腔5连通至少一个气体通道4，也就是说，一个模腔5可以连通一个气体通道4，也可以同时连通多个气体通道4，或者不同时的连通多个气体通道4，本实用新型对此不作限制，可根据印刷需求进行设计。需要理解的是，一个气体通道4可以连通多个模腔5，也可以只连通一个模腔5。本实施例对气体通道4的形状、通道尺寸、数量以及分布等几何参数没有特殊要求，只要能够在维持印版结构强度的同时也能完成向相应的模腔5中输送气体即可。

可选的，气体通道4的接口位于支撑层3的表面或图形层1表面的非制版图案区域，本实用新型对此不作限制。例如，印版为滚筒结构，气体通道4为平行于印版的轴向设置，其接口可设置在滚筒结构的端部；或者，滚筒结构的中心设有供气体输送的供气通道，该供气通道上设置气嘴以用于与气体通道4连通，或者，气体通道4的接口位于图形层1表面的非制版图案区域。

优选的，气体通道4的接口与外部气压系统的气嘴可分离式地连通。如此设计可以根据需求控制不同的气体通道4与外部气压系统的连通，进而调控各模腔5内的压力大小。

更优选的，各气体通道4的接口按预设规则排布，以使各条气体通道4能够依次连通外部气压系统的气嘴。需要理解的是，各条气体通道4能够依次连通外部气压系统的气嘴的方式包括两种方式：其中一种方式是气体通道4能够跟随印版移动(如转动)，此时气嘴是固定不动的；另一种方式是气体通道4是固定不动的，而气嘴是可动的。对于同一条气体通道4而言，能够在不同的时刻连通不同的气嘴，进而能够调控对应模腔5内的气压，达到不同的目的。因此，同一个气体通道4能够依次连通多个不同的气嘴，同一个气嘴，也可以依次连通多个不同的气体通道4.

例如，该印版为滚筒结构，各气体通道4的接口沿印版的周向分布，当第一模腔转动至供料系统处时，此时该第一模腔连通的第一气体通道4正好连通外部气压系统的第一气嘴，外部气压系统通过该第一气嘴抽取第一模腔内的气体，以使第一模腔能够更好的接收供料系统提供的印刷材料；当该第一模腔转动至承印物6处时，此时该第一模腔连通的第一气体通道4正好连通外部气压系统的第二气嘴，外部气压系统通过该第二气嘴向第一模腔输送气体，以向第一模腔内填充的印刷材料施加压力，以使印刷材料被推出第一模腔并转移到承印物6上。

此外，当第一模腔离开供料系统后，第二模腔转动至供料系统处时，此时第二模腔也可以连通该第一气嘴，接收供料装置提供的印刷材料，然后第二模腔转动至承印物6处时，此时该第一模腔再连通第二气嘴，以使印刷材料被推出第一模腔并转移到承印物6上。

需要理解的是，当气嘴与气体通道4的接口对准时，气嘴与气体通道4的接口之间应当具有一定的气密性，可通过对气嘴的材料或形状进行设计来满足气密性的要求。

当然，除了气体通道4与供气通道能够相对运动之外，两者亦可以采用相对固定的连接方式，只是需要对每个气体通道4内的气体流通进行独立控制，也可以实现本实用新型的目的。

可选的，印版为轮转结构，该轮转结构可以是滚筒式，如图1所示，也可以是卷对卷带式结构，如履带式，如图3所示，需要理解的是，图3中的履带式印版7可通过驱动滚筒或其它驱动单元进行驱动，本实用新型对此不作限制。

进一步的，当印版为滚筒结构时，气体通道4平行于滚筒结构的轴向设置，以使气体通道4连通的模腔5内受外部气压系统的压力影响区域也为平行于滚筒结构的轴向方向(该压力垂直于滚筒结构的切向)，以满足滚筒印刷的需求。

优选的，图形层1可更换地设置在支撑层3上。可以理解的是，当图形层1可更换地安装在支撑层3上时，只需要更换不同的图形层1即可实现不同的图案印刷，而不需要更换整个印版，由此可满足更多的印刷需求，降低印刷成本。需要理解的是，本实用新型对于图形层1的制版方式和固定方式不作任何限制。

本实施例中，隔离层2内设置有微纳通道，可以阻挡印刷材料且能够透过气体，该微纳通道可以是由工艺加工而成的人工通道，也可以是通过多孔材料形成的天然孔道，本实用新型对此不作限制。隔离层2的原料可以是膨体聚四氟乙烯、PE膜等或多孔材料如多孔陶瓷、金属、有机材料等的一种或组合。隔离层2的材质可根据印刷材料选择，原则上印刷材料中溶剂不浸润隔离层2材料。

本实施例中，印刷材料例如是非牛顿流体(如宾汉流体)，其在相应的外作用(例如是气体、机械应力、加热或电等)下呈现一定的流动性，能填充到模腔5中，但是利用气体等将印刷材料从模腔5中推出(即脱模)后，该印刷材料可以变成固体且具有所需的机械强度。应当理解的是，印刷材料也可以是其它具有一定流动性的材料甚至液体，可以填充到模腔5中，再经光、热等固化方式成型，在气体的压力下转移。

作为本实施例中一个较佳的示例，结合图2，该印版为滚筒结构，印版由内到外分别为钢管10、镍层20、第一铜层30、隔离层40、第二铜层50和铬层60，具体加工时，可先在钢管10外覆盖一层镍层20，防止第一铜层30与钢管直接接触，然后在镍层20外覆盖第一铜层30，并在该第一铜层30上制版得到气体通道4，然后在第一铜层30外覆盖隔离层40及第二铜层50，在第二铜层50上制版得到图形层1，最后在图形层1外镀上一层铬，以提升图形层1的硬度和耐印力，进而提高使用寿命。需要理解的是，根据印刷图案的高度，模腔5可以由铬层60单独形成，也可以由铬层60与部分第二铜层50形成，且隔离层40带有微纳通道，并延伸至第二铜层50的模腔5内。

基于同一技术构思，本实用新型实施例还提供了一种印刷装置，包括：

如上的印版；以及，

外部气压系统，具有至少一个气嘴，气嘴用于连通印版的气体通道4。

需要理解的是，本实施例中，外部气压系统既可以通过气体通道4及向印版的模腔5提供正压(如输送气体)，以向模腔5内填充的印刷材料施加压力，以使印刷材料被推出模腔5并转移到承印物6上，也可以通过气体通道4向模腔5提供负压(如抽取模腔5内的气体)，以使模腔5能够更好的接收供料系统提供的印刷材料，以及印版接收印刷材料之后且转移至承印物6之前，使印刷材料被紧紧地吸附在模腔5内。因此，外部气压系统既可以用于提供不同大小的正压环境，也可以提供负压环境，可根据印刷的需求进行设计，本实用新型对此不作限制。

需要理解的是，该印刷装置还应包含转动或传动装置、承印物传输装置、进料装置以及对准装置等常规印刷机组件，本实用新型对此不作限制。

可选的，印版与承印物6接触或保持一定间隙，可根据印刷需求进行选择。例如，当印版为滚筒结构时，印版可与承印物6相切或保持一定间隙。

优选的，外部气压系统具有多个气嘴，至少两个气嘴能够分别与同一条气体通道4的接口可分离式地连通。通过使同一条气体通道4连通不同的气嘴，进而能够根据不同需求调控模腔5内的气压，达到对模腔5内填充的印刷材料施加压力或吸附模腔5内的印刷材料等目的。

可选的，外部气压系统可以向不同模腔5提供相同大小的气压，也可以分时向同一模腔5提供不同大小的气压，以达到调控的目的。

如图4所示，印刷装置包括合印版100及至少两个分料印版200，合印版100及至少两个分料印版200均采用如上所述的印版的结构，至少两个分料印版200用于向合印版100的模腔5转移不同的印刷材料，合印版100用于将模腔5内的所有印刷材料转移至承印物6。

可以理解的是，分料印版200分别将不同印刷材料转移到合印版100上，合印版100再将所有印刷材料转移到承印物6上，原理类似于传统印刷中的套色转印。和传统印刷套色时不需要特别关注油墨厚度不同，印刷电子和微纳制造中印刷材料和微结构的厚度或高度非常重要，因此合印版100上需要有图形化的模腔5来承载印刷材料，其图案为所有分料印版200上模腔5图案的并集，并且和分料印版200的图案相对应。

通过设置两个分料印版200对合印版100的模腔5转移不同的印刷材料，可以对合印版100上的不同模腔5填充不同的印刷材料，还可以对合印版100上的同一模腔5填充不同的印刷材料，以得到不同的图形化结构。需要理解的是，当分料印版200需要向合印版100的模腔5转移印刷材料时，应保证该分料印版200的模腔5与合印版100的模腔5相适配，如模腔5形状应当一致，但是模腔5的深度可以相同，也可以不同，本实用新型对此不作要求。如合印版100的同一个模腔5只需要接收一个分料印版200的印刷材料时，两者模腔5的深度可以相同，如合印版100的同一个模腔5需要接收多个分料印版200的印刷材料时，则该合印版100的模腔5深度需要做相应的加深设置。

进一步的，合印版100上的制版图案为至少两个分料印版200的制版图案的并集；其中，各分料印版200的制版图案不重合的部分在合印版100上形成镶嵌图案，各分料印版200的制版图案的重合的区域在合印版100上形成层叠图案。也就是说，当多种印刷材料被转移至印版上的不同区域时，能够在承印物6上形成镶嵌图案；当多种印刷材料被填充至印版上的同一区域时，能够在承印物6上形成层叠图案，满足不同的印刷需求。

需要理解的是，作为一个较佳的示例，本示例中的合印版100及分料印版200均为滚筒结构，但实用新型并不以此为限。此外，上述印刷装置仅为二级印刷，实际上，可根据印刷需求如图案的复杂程度设计更多的分料印版200或者设计三级甚至更多级的材料传递及转移，本实用新型对此不再赘述。

综上，本实用新型实施例提供了一种印版及印刷装置，通过气体通道向模腔内填充的印刷材料施加压力，以使印刷材料被推出模腔并转移到承印物上，如此可控的填充和脱模过程使得印刷高度更高，印刷材料选择范围更广，印刷材料完全填充模腔，转移后无需流平，图形或微结构精度高且表面形貌好,可以同时完成镶嵌或层叠图案的印刷。此外，本实用新型能够实现高分辨率、大高宽比的印刷图案或微结构，能够大量且连续的生产，印刷材料选择多样，可适用于较大范围的印刷电子和微纳制造领域。

此外还应该认识到，虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。

Claims (16)

1.一种印版，其特征在于，包括图形层、隔离层、支撑层及至少一条气体通道，所述图形层位于所述支撑层上，所述隔离层位于所述图形层和所述支撑层之间，所述隔离层用于阻挡印刷材料且能够透过气体，所述气体通道位于所述支撑层内且与所述隔离层连通，所述图形层设有用于制造图形化结构的至少一个模腔，所述模腔的一端向外开口，另一端经所述隔离层及所述气体通道连通外部气压系统。

2.根据权利要求1所述的印版，其特征在于，每个所述模腔连通至少一个所述气体通道。

3.根据权利要求1所述的印版，其特征在于，所述气体通道的接口位于所述支撑层的表面或所述图形层表面的非制版图案区域。

4.根据权利要求1或3所述的印版，其特征在于，所述气体通道的接口与所述外部气压系统的气嘴可分离式地连通。

5.根据权利要求4所述的印版，其特征在于，各所述气体通道的接口按预设规则排布，以使各条所述气体通道能够依次连通所述外部气压系统的气嘴。

6.根据权利要求1所述的印版，其特征在于，所述图形层可更换地设置在所述支撑层上。

7.根据权利要求1所述的印版，其特征在于，所述印版为轮转结构。

8.根据权利要求7所述的印版，其特征在于，所述印版为滚筒结构。

9.根据权利要求8所述的印版，其特征在于，所述气体通道平行于所述滚筒结构的轴向设置。

10.一种印刷装置，其特征在于，包括：

根据权利要求1-9中任一项所述的印版；以及，

外部气压系统，具有至少一个气嘴，所述气嘴用于连通所述印版的气体通道。

11.根据权利要求10所述的印刷装置，其特征在于，所述印版与承印物具有间隙。

12.根据权利要求10所述的印刷装置，其特征在于，所述外部气压系统具有多个气嘴，至少两个所述气嘴能够分别与同一条所述气体通道的接口可分离式地连通。

13.根据权利要求12所述的印刷装置，其特征在于，所述至少两个所述气嘴提供的气压不同。

14.根据权利要求13所述的印刷装置，其特征在于，所述外部气压系统通过所述气嘴提供正压或负压。

15.根据权利要求10所述的印刷装置，其特征在于，所述印刷装置包括合印版及至少两个分料印版，所述合印版及所述至少两个分料印版均采用所述印版的结构，所述至少两个分料印版用于向所述合印版的模腔转移不同的印刷材料，所述合印版用于将所述模腔内的所有印刷材料转移至承印物。

16.根据权利要求15所述的印刷装置，其特征在于，所述合印版上的制版图案为所述至少两个分料印版的制版图案的并集；其中，各所述分料印版的制版图案不重合的部分在所述合印版上形成镶嵌图案，各所述分料印版的制版图案的重合的区域在所述合印版上形成层叠图案。