TWI402174B - 無縫式壓印滾輪模仁製作方法與設備 - Google Patents

Description

無縫式壓印滾輪模仁製作方法與設備

本發明係有關於一種無縫式壓印滾輪模仁製作方法與設備，尤其是指圖案解析度在數微米到數十微米等級，且能無接縫式的接壤任意複雜圖形於滾輪表面，可大幅應用於製作壓花滾輪與壓印滾輪。

目前製作壓印滾輪的方法大致分為二種，第一種為車削式，第二種為鎳膜包覆式。

車削式是將要圓形工作件夾持於精密車床上，使其旋轉後，用較硬質的刀具〔如：鎢鋼車刀、鑽石車刀〕，在工作件上雕刻出簡單的圖形。該方法可達到圖形無接縫的優點，但圖形的變化受到車床旋轉方向與進刀方向的限制，僅能製作出簡單的線條或是曲線。

鎳膜包覆式是先在軟性基材〔如：橡膠、高分子材料〕上製作出圖形結構，接著使用化學沈積的方式將鎳金屬沈積在軟性基材的圖形面上，經脫膜後，將鎳膜圖形面包覆接壤於金屬滾輪表面，即得到壓印滾輪。該方法屬於翻模的一種，因此圖形的複雜度較不受限制，但卻會在包覆的過程中，留下接縫，無法達到無 縫式的滾輪。

有鑑於此，本發明遂發展出無縫式壓印滾輪模仁製作技術與設備來取代車刀式與軟模包覆式，以改善上述習知技術的種種缺點。

本發明主要是提供一種無縫式壓印滾輪模仁製作方法，該製作方法可快速、輕易的製作出金屬滾筒模仁，且該模仁同時具有小線寬、無接縫、圖形複雜度高等優點。

本發明係有關於一種無縫式壓印滾輪模仁製作方法與設備，其係將具有一定真圓度與真直度之圓形工作件塗佈上光阻後，夾持於轉動載台上，搭配紫外線曝光系統將光罩上之任意圖形，以曝光的方式複製於圓形工作件表面的光阻上，經顯影後，裸露出受曝光的部份底部金屬，進行蝕刻或電鑄後，得到無接縫壓印滾輪。

本發明之無縫式壓印滾輪模仁製作方法與設備進一步使用氣壓旋轉式圓形工作件表面薄膜塗佈方法，在製作過程中，光阻塗佈後的厚薄與均勻度，影響著之後曝光後的結果；在厚度部份，若光阻的厚度越薄，經過近紫外線曝光後，越能呈現小線寬(如：5微米以下)；在均勻度部份，不同厚度的光阻，曝光所需的時間亦不同，因此，若光阻的厚度越均勻，曝光的時間越固定，利用該塗佈方法，可輕易的達到5微米以下的厚度，且均勻度在10%。

本發明之無縫式壓印滾輪模仁製作方法與設備，其另一關鍵 技術是無接縫圖型的設計，為達到無接縫之目的，曝光時是以單位角度作為一次曝光之單位，在設計光罩圖案時，光罩上圖形供級曝光之範圍，即為該圓形工作件之半徑固定張角時之弧長，例如：若圓形工作件之直徑為50mm，1°之弧長為0．436mm，所以使用紫外光轉移光罩上之圖形於光阻上時，每次能曝光之範圍即為0．436mm。配合轉動載台每旋轉1°曝光一次，執行360次後，即完成工作件之圖形定義。隨著圓型工作件的大型化後，可適度的縮小每次曝光時之角度，來達到無接縫之目的。

本發明之無縫式壓印滾輪模仁製作方法與設備進一步使用轉動載台，該轉動載台有二特殊點，一、該轉動載台配有一伺服運動馬達，可經由電腦程式控制轉動精度，精確定位曝光之區域。二、該載台具有高度的夾持精度，夾持滾輪旋轉後之偏心量於2μm內，提供曲面曝光一個穩定的載置。

本發明之無縫式壓印滾輪模仁製作方法與設備中的紫外線曝光系統進一步使用準直度高之近紫外線光源，該紫外光線由汞燈以點光源的形式發射出，經由光學鏡組的校正後，以面光源的形式呈現，控制光線之準直度在2°以內，準直度越佳，在曝光時，亦能完整的轉移光罩上的圖型至光阻上。

本發明之無縫式壓印滾輪模仁製作方法與設備進一步利用光罩的相對位移，來轉移複雜化的圖形；為此本發明自行開發程式於控制光罩的相對位移，目的將一複雜之圖型分成數個部份來做曝光的圖型轉移。在固定光源與工作件的位置後，曝光的時過程 中只要將光罩由下往上位移，讓複雜圖型的每個部份依序通過紫外光曝光之區域，即可將該圖型複製於光阻上，進行後續的顯影與蝕刻。

而本發明針對上述目的所提供無縫式壓印滾輪模仁製作設備，至少包括有：一旋轉機構，其可固定圓形工作件並帶動圓形工作件旋轉；一可溫控烤箱，其可維持在所設定溫度，提供特定時間的烘烤；一轉動載台，其中搭載一伺服運動馬達，可旋轉圓形工作件，搭載一夾持機構，控制旋轉後的偏心量於2μm內；一紫外線曝光系統，該光源所產生之光線具有極佳之準直度，用於精確定義圖形；一組運動平台與個人電腦，用於光罩夾具之移動，供複雜圖型曝光時使用。

<本發明>

(1)‧‧‧旋轉機構

(11)‧‧‧容器

(2)‧‧‧可溫控烤箱

(3)‧‧‧轉動載台

(31)‧‧‧伺服運動馬達

(32)‧‧‧夾持機構

(4)‧‧‧光罩

(41)‧‧‧夾具

(5)‧‧‧紫外線曝光系統

(6)‧‧‧運動平台

(7)‧‧‧個人電腦

(A)‧‧‧圓形工作件

(B)‧‧‧顯影液

第一圖：本發明之整體示意圖

第二圖：本發明之旋轉機構示意圖

第三圖：本發明之旋轉機構塗佈光阻動作示意圖

第四圖：本發明之轉動載台整體示意圖

第五圖：本發明之光罩示意圖

第六圖：本發明之光罩調整動作示意圖

第七圖：本發明之顯影示意圖

為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：

首先，請參閱第一~七圖所示，為本發明一種無縫式壓印滾輪模仁製作方法與設備動作示意圖，其製作方法係如下：

將具有一定真圓度與真直度之圓形工作件(A)塗佈上光阻後，夾持於轉動載台(3)上，搭配紫外線曝光系統(5)將光罩上之任意圖形，以曝光的方式複製於圓形工作件(A)表面的光阻上，經顯影後，裸露出受曝光的部份底部金屬，蝕刻〔或電鑄〕後，得到無接縫壓印滾輪。

而其設備包含有：一旋轉機構(1)，其可固定圓形工作件(A)並帶動圓形工作件(A)旋轉，以進行圓形工作件(A)表面塗佈光阻及顯影；一可溫控烤箱(2)，其可維持在所設定溫度及時間的烘烤，以對應將塗佈光阻之圓形工作件(A)進行軟烤，使塗佈光阻處於可曝光狀態；一轉動載台(3)，其中搭載一可旋轉軟烤後之圓形工作件(A)的伺服運動馬達(31)、及搭載一夾持機構(32)，控制旋轉後的偏心量； 一光罩(4)與夾具(41)，係為具有欲曝光圖樣之光罩(4)，及固定光罩(4)的夾具(41)，其設置於轉動載台(3)上對應於圓形工作件(A)之鄰側；一紫外線曝光系統(5)，對應轉動載台(3)上之圓形工作件(A)，經由光罩(4)進行曝光與定義圖形；一運動平台(6)，用於控制光罩(4)與夾具(41)之移動，供圖型曝光時使用；及一個人電腦(7)，為執行自動化程式以控制轉動載台上之圓形工作件(A)的曝光時間與轉動時之位移量者。

請一併參閱第一~七圖所示，為本發明一種無縫式壓印滾輪模仁製作方法與設備動作示意圖，根據本發明之上述製作方法配合其設備之施作程序，係先提供任意材質之圓形工作件(A)〔例如：鋼材、玻璃、高分子聚合物〕，其中此圓形工作件(A)需有基本的真圓度、真直度要求；並將圓形工作件(A)架置於一旋轉機構(1)上，接著在該圓形工作件(A)表面塗佈光阻後，置入一可溫控烤箱(2)中，進行軟烤，使光阻處於可曝光狀態。之後將該圓形工作件(A)夾持於一轉動載台(3)上，此時啟動伺服運動馬達(31)試運轉，並且使用千分錶進行夾持校正，降低旋轉時的偏心量。接著，選定要使用的光罩(4)圖形，並且使光罩(4)盡可能接近圓形工作件(A)，使光罩(4)與圓形工作件(A)的距離在10μm內。開啟紫外線曝光系統(5)中的汞燈並執行個人電腦(7)中的自動化程式， 此時自動化程式會控制曝光時間與轉動時之位移量，進行曝光與定義圖形。待圓形工作件(A)經過旋轉一圈的曝光後，即完成圖形的定義。接著將圓形工作件(A)夾持於原旋轉機構(1)上，此時裝載有特定顯影液的容器(11)從下方接近圓形工作件(A)，並將圓形工作件的四分之一浸泡於顯影液(B)中後開始自體旋轉，該顯影液(B)的作用是使曝光過後的光阻，溶解於顯影液(B)中，露出底材。啟動旋轉機構(1)，設定轉速可使得圓形工作件(A)表面產生一離心力，此離心力會帶出溶解的光阻，讓圖形定義更明顯。待所有已曝光之光阻均已溶出，即可停止顯影。接著用相同的方法進行蝕刻或是執行電鑄的過程，使定義的圖形金屬化。

前述之實施例或圖式並非限定本發明之結構樣態或尺寸，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。

綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

(3)‧‧‧轉動載台

(31)‧‧‧伺服運動馬達

(32)‧‧‧夾持機構

(4)‧‧‧光罩

(41)‧‧‧夾具

(5)‧‧‧紫外線曝光系統

(6)‧‧‧運動平台

(A)‧‧‧圓形工作件

Claims (15)

1. 一種無縫式壓印滾輪模仁製作方法，其係將具有一定真圓度與真直度之圓形工作件塗佈上光阻後，夾持於轉動載台上，搭配紫外線曝光系統將光罩上之任意圖形，以單位角度作為一次曝光量的方式複製於圓形工作件表面的光阻上，經顯影後，裸露出受曝光的部份底部金屬，蝕刻後，得到無接縫壓印滾輪。
2. 一種無縫式壓印滾輪模仁製作方法，其係將具有一定真圓度與真直度之圓形工作件塗佈上光阻後，夾持於轉動載台上，搭配紫外線曝光系統將光罩上之任意圖形，以單位角度作為一次曝光量的方式複製於圓形工作件表面的光阻上，經顯影後，裸露出受曝光的部份底部金屬，電鑄後，得到無接縫壓印滾輪。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之無縫式壓印滾輪模仁製作方法，其中曝光量的單位角度為在設計光罩圖案時，光罩上圖形供給曝光之範圍，即為該圓形工作件之半徑固定張角時之弧長。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之無縫式壓印滾輪模仁製作方法，其中該紫外線曝光系統所產生之平行紫外光線具有準直度者。
5. 如申請專利範圍第4項所述之無縫式壓印滾輪模仁製作方法，其中該紫外線曝光系統之紫外光線由汞燈以點光源的形式發射出，經由鏡組的校正後，以面光源的形式呈現，控制光線之準直度在2°以內者。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之無縫式壓印滾輪模仁製作方法，其中該光罩與圓形工作件的距離在10μm內。
7. 一種無縫式壓印滾輪模仁製作設備，其包括有：一旋轉機構，其可固定圓形工作件並帶動圓形工作件旋轉，以進行圓形工作件表面塗佈光阻及顯影；一可溫控烤箱，其可維持在所設定溫度及時間的烘烤，以對應將塗佈光阻之圓形工作件進行軟烤，使塗佈光阻處於可曝光狀態；一轉動載台，其中搭載一可旋轉軟烤後之圓形工作件的伺服運動馬達、及搭載一夾持機構，控制旋轉後的偏心量；一光罩與夾具，係為具有欲壓印圖樣之光罩，及固定光罩的夾具，其設置於轉動載台上對應於圓形工作件之鄰側；一紫外線曝光系統，對應轉動載台上之圓形工作件，經由光罩進行曝光與定義圖形；一運動平台，用於控制光罩與夾具之移動，供圖型曝光時使用；及一個人電腦，為執行自動化程式以控制轉動載台上之圓形工作件的曝光時間與轉動時之位移量者。
8. 如申請專利範圍第7項所述之無縫式壓印滾輪模仁製作設備，其中該圓形工作件具有真圓度與真直度要求者。
9. 如申請專利範圍第7項所述之無縫式壓印滾輪模仁製作設備，其中該夾持機構的偏心量控制於2μm內。
10. 如申請專利範圍第7項所述之無縫式壓印滾輪模仁製作設備，其中該紫外線曝光系統所產生之平行光線具有準直度者。
11. 如申請專利範圍第10項所述之無縫式壓印滾輪模仁製作設備，其中該紫外線曝光系統之紫外光線由汞燈以點光源的形式發射出， 經由鏡組的校正後，以面光源的形式呈現，控制光線之準直度在2°以內者。
12. 如申請專利範圍第7項所述之無縫式壓印滾輪模仁製作設備，其中曝光時是以單位角度作為一次曝光之單位，在設計光罩圖案時，光罩上圖形供給曝光之範圍即為該圓形工作件之半徑固定張角時之弧長，而轉動載台之伺服運動馬達則對應單位角度而作運轉調整。
13. 如申請專利範圍第7項所述之無縫式壓印滾輪模仁製作設備，其中該光罩與圓形工作件的距離在10μm內。
14. 如申請專利範圍第7項所述之無縫式壓印滾輪模仁製作設備，其中該旋轉機構上置設有盛裝顯影液的容器，以對應圓形工作件下方，進行溶解光阻的顯影者。
15. 如申請專利範圍第7項所述之無縫式壓印滾輪模仁製作設備，其中於顯影後的圓形工作件可採用蝕刻、電鑄、電解蝕刻其一方式，讓圖形金屬化者。