本创新技术介绍了一种先进的卷对卷纳米压印装置及其操作方法。该装置由压印辊、模具辊、辅助压印辊组和脱模辊组成,模具辊在入卷和收卷位置与压印辊和脱模辊协同工作,并通过气流调节器实现精确控制。
背景技术
纳米压印是一种用于制造微纳米尺度图案的先进制造技术,广泛应用于航空航天、柔性电子、光学器件等领域。相比于传统的光刻技术,纳米压印具有高分辨率、高产量、低成本等优势。其中,辊型纳米压印是辊型模具和基底进行连续压印,包括卷对卷纳米压印和卷对平面纳米压印,相较于平面纳米压印,具有大面积纳米压印的优势。
根据专利调研结果,面向宏观制造工艺的模具辊设计以及平面压印脱模技术种类较多,但对于针对大面积卷对卷纳米压印的模具辊设计专利未见报道。对于纳米压印工艺,压印充型过程和脱模过程两个环节直接影响了纳米结构的转印质量。
已有的相关技术中,专利CN101909859A提出了一种便于模具辊更换的纳米压印模具辊,通过流体容器中的弹性膜膨胀与收缩,实现模具辊的装卸与固定,并保持被转印膜的厚度均匀,但无法在特定位置提供正负压以促进压印和脱模,存在局限性。专利CN101249938A公开了一种基于气动的微纳米压印脱模结构,通过聚合物夹紧罩构成一个封闭的空间,通过脱模气道注入压缩气体,利用流体的等压性原理推动模具和聚合物平稳地分离,可以有效地避免聚合物出现变形,但该结构仅适用于平面压印,且无法提升压印充型质量。专利CN110962450A公开了一种电场力辅助充型和脱模的卷对卷UV压印装置及方法,虽能减少脱模缺陷,较好地改善充型质量,但在UV胶水固化后,电场力对脱模的促进效果会减弱,具有一定局限性。专利CN113075859A公开了一种负压式纳米压印设备及其压印方法,适用于深度较大的纳米结构,可快速形成负压真空环境促进压印充型,但无法有效促进脱模。专利CN116430670A提出了一种针对平面压印的脱模装置,通过调节真空压力,使产品在脱模时受力均匀,提升质量,但设计局限于平面压印,无法调整局部正负压以同时保障压印和脱模质量。专利CN211492476U公开了一种可自动脱模的纳米压印设备,在脱模时,通过支撑机构的联合运动,使软模具与基板之间形成夹角,缓解脱模力和粘附力对脱模过程的影响,提高软模具的重复利用率,但机械剥离的方式可能会损坏纳米结构,仅适用于卷对平纳米压印设备。
专利CN102866582A公开了一种用于高亮度LED图形化的纳米压印装置和方法,装置包括:承片台、真空吸盘、衬底、紫外光固化型纳米压印抗蚀剂等,模具为薄膜状弹性复合软模具,模具包括图形层和支撑层,图形层具有水溶性、薄膜结构、弹性和高透明的特性,模具的制造采用滚压印工艺;方法包括:预处理过程;压印过程;固化过程;脱模过程;后处理过程;压印图形的转移。但该专利采用平面对平面式压印,压印面积受限,无法应用于大面积压印;且该专利全程利用真空负压环境的压强差来辅助充型和脱模过程,条件的实现较为严苛,易出现压印力和脱模力不均匀等问题,导致存在气泡等缺陷。
专利CN105159029A公开了一种大面积微纳图形化的装置和方法,装置包括:机架、工作台、承片台、衬底、压印材料、软模具、滚轮、紫外光光源、压印机构、真空管路、压力管路;方法包括:预处理;压印和固化;脱模;后处理。但该专利采用辊对平面型压印,软模具附着于滚轮上,为分体式,不仅压印面积受限,滚轮吸附或平铺模具时也易造成移位,会影响纳米结构的质量;且该专利中正负压的转换目的为使软模具平铺或脱离压印材料,压印力和脱模力则由滚轮线接触施压提供,并未起到辅助压印或脱模的作用,不利于结构的填充和完整脱模。
综上所述,现有技术在卷对卷纳米压印装备与工艺方法存在一定局限性。在技术路线方面,大部分采用辊对平面或平面对平面式压印,无法实现大面积压印;在压印充型阶段,微结构难以填充完全,可能存在气泡等结构缺陷;在脱模阶段,缺少合适的分离方式,传统的机械剥离会导致纳米结构难以完整脱模,导致纳米结构断裂、开裂等缺陷问题。
实现思路