一種曲面上微結(jié)構(gòu)滾壓成型制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種曲面上微結(jié)構(gòu)滾壓成型制造方法，它有六大步驟。通過將模板在棒料外表面上的滾壓，再將其刻蝕，從而實(shí)現(xiàn)曲面上的微結(jié)構(gòu)的制造。相對(duì)于傳統(tǒng)只能在平面上制造微結(jié)構(gòu)的方法，本發(fā)明能夠通過更簡易的方式，突破了傳統(tǒng)光刻和微接觸壓印等方法只能在平面上制作微結(jié)構(gòu)的局限性，在曲面上制造精密的微結(jié)構(gòu)。壓印模板經(jīng)過清洗后，可反復(fù)使用。如此能夠?qū)崿F(xiàn)高效，廉價(jià)的制造方法，而且相比于其它微納米壓印，其對(duì)環(huán)境潔凈程度要求更低。
【專利說明】一種曲面上微結(jié)構(gòu)滾壓成型制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微結(jié)構(gòu)制造方法，特別是涉及一種曲面上微結(jié)構(gòu)滾壓成型制造方法。它通過將模板在棒料外表面上的滾壓，再將其刻蝕，從而實(shí)現(xiàn)曲面上的微結(jié)構(gòu)的制造。屬于微結(jié)構(gòu)制造【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]微接觸壓印技術(shù)是納米壓印技術(shù)中的一種，由IBM和哈佛大學(xué)所提出，其原理與蓋章的概念最為相近。該工藝采用彈性的印章將硫醇轉(zhuǎn)移到鍍金或銀的表面上。將聚二甲基硅氧烷(PDMS)倒在包含圖形的模具上，一般模具可通過光學(xué)、電子束光刻得到，也可以通過微機(jī)械結(jié)構(gòu)加工或其他微型結(jié)構(gòu)的復(fù)制得到。印章材料在模具中固化，脫模后得到所需印章。通常印章的材料為PDMS。將印章與襯底接觸并浸沒在“墨”溶液中，墨溶液主要為硫醇，讓印章充分沾上“墨汁”。隨后將浸有“墨汁”的印章蓋在鍍金的襯底上，墨汁會(huì)沾在鍍金襯底上。只有與印章接觸過的表面才能沾上硫醇溶液，形成自組裝單分子層。硫醇分子會(huì)吸附有機(jī)分子，從而實(shí)現(xiàn)自組裝。另外，硫醇與金反應(yīng)后，還可以采用濕法刻蝕的方法，如在氰化物溶液中，氰化物的離子促使未被單分子層覆蓋的金溶解，而單分子層能有效阻擋氰化物的離子，將被覆蓋的金保留，即可實(shí)現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移。
[0003]微接觸壓印工藝不需要極為苛刻的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，而且對(duì)表面平坦化也沒有要求，相比光學(xué)光刻而言，更加方便和經(jīng)濟(jì)。本發(fā)明的主要目的是提供一種新型的可展開曲面微結(jié)構(gòu)制造方法，其突破了傳統(tǒng)光刻和微接觸壓印等方法只能在平面上制作微結(jié)構(gòu)的局限性，且高效率，低成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]1、目的:本發(fā)明的目的是提供一種曲面上微結(jié)構(gòu)滾壓成型制造方法，其突破了傳統(tǒng)光刻和微接觸壓印等方法只能在平面上制作微結(jié)構(gòu)的局限性，且高效率，低成本。
[0005]2、技術(shù)方案:為了達(dá)到前述的目的，本發(fā)明所運(yùn)用的技術(shù)手段是將模具在棒料類材料的外表面上進(jìn)行滾壓，再將其刻蝕，從而實(shí)現(xiàn)曲面微結(jié)構(gòu)制造。
[0006]本發(fā)明具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)如下:
[0007]本發(fā)明一種曲面上微結(jié)構(gòu)滾壓成型制造方法，該方法具體步驟如下:
[0008]步驟一:根據(jù)將要制造結(jié)構(gòu)的曲面情況(如錐面，圓柱面或兩者復(fù)合曲面)，通過光刻、化學(xué)刻蝕及微機(jī)械加工等方法，設(shè)計(jì)制造出所需的平面壓印模板；
[0009]步驟二:在另一平面上(如玻璃片)附著一層黏性均勻薄的轉(zhuǎn)印介質(zhì)(如光刻膠)，將壓印模板壓在粘附有轉(zhuǎn)印介質(zhì)的平面上，使轉(zhuǎn)印介質(zhì)能夠均勻的覆蓋至其上；對(duì)壓印模板的要求是:表面除需要加工的結(jié)構(gòu)外，應(yīng)當(dāng)保持光滑。為了保證滾壓過程中無相對(duì)滑動(dòng)且接觸良好，壓印模板應(yīng)選用相對(duì)柔軟材料，如PDMS。
[0010]步驟三:通過精確控制滾壓過程，將壓印模板上的轉(zhuǎn)印介質(zhì)轉(zhuǎn)印至將要制造結(jié)構(gòu)的的外表面上，從而實(shí)現(xiàn)將模板上的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印至其上。對(duì)圓柱棒料，可通過簡單滾壓直接實(shí)現(xiàn)；對(duì)圓柱、錐體復(fù)合表面，可分多次對(duì)圓柱面和錐面滾壓實(shí)現(xiàn)；
[0011]步驟四:根據(jù)不同棒料的材質(zhì)和轉(zhuǎn)印介質(zhì)，選用合適的刻蝕方法對(duì)帶有轉(zhuǎn)印介質(zhì)的棒料進(jìn)行刻蝕處理(如，化學(xué)刻蝕或氣象刻蝕)。刻蝕方法的選擇要能夠刻蝕棒料，而不能刻蝕轉(zhuǎn)印介質(zhì)，從而將轉(zhuǎn)印的結(jié)構(gòu)刻蝕至所需深度；
[0012]步驟五:棒料上刻蝕結(jié)構(gòu)完成后，將殘余的轉(zhuǎn)印介質(zhì)去除(如，對(duì)光刻膠，可通過丙酮超聲清洗)，最終在棒料上得到所需的精密微結(jié)構(gòu)；
[0013]步驟六:壓印模板經(jīng)過清洗處理后，可繼續(xù)重復(fù)使用。
[0014]3、優(yōu)點(diǎn)及功效:相對(duì)于傳統(tǒng)只能在平面上制造微結(jié)構(gòu)的方法，本發(fā)明能夠通過更簡易的方式，在曲面上制造精密的微結(jié)構(gòu)。壓印模板經(jīng)過清洗后，可反復(fù)使用。如此能夠?qū)崿F(xiàn)高效，廉價(jià)的制造方法，而且相比于其它微納米壓印，其對(duì)環(huán)境潔凈程度要求更低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1:曲面微結(jié)構(gòu)滾壓成型制作過程圖
[0016]圖2:圓柱棒料微結(jié)構(gòu)不意圖
[0017]圖3:圓柱、椎體復(fù)合曲面微結(jié)構(gòu)示意圖
[0018]圖4:鋼棒上通過微結(jié)構(gòu)滾壓成形制造出的微孔陣列
[0019]圖5:本發(fā)明流程框圖
[0020]元件符號(hào)說明
[0021]1......棒料11......棒料上壓印上的轉(zhuǎn)印介質(zhì)
[0022]2……壓印模板 21……壓印模板上的轉(zhuǎn)印介質(zhì)3……基板
[0023]31……基板上均勻覆蓋的轉(zhuǎn)印介質(zhì) 4……刻蝕液
[0024]5……最終棒料51……棒料上的微結(jié)構(gòu)
[0025]6......圓柱、椎體復(fù)合棒料61......圓柱面上微結(jié)構(gòu)
[0026]62......椎體上微結(jié)構(gòu)

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0028]如圖1所示流程，在基板(3)上均勻覆蓋轉(zhuǎn)印介質(zhì)(31)，此處為光刻膠。將得到的壓印模板(2)與基板(3)接觸，使轉(zhuǎn)印介質(zhì)(31)從基板(3)均勻轉(zhuǎn)移至壓印模板(2)上。將壓印模板上的轉(zhuǎn)印介質(zhì)(21)滾壓至棒料(I)上，從而實(shí)現(xiàn)圖形的轉(zhuǎn)移。再對(duì)棒料(I)進(jìn)行刻蝕，此處為放入刻蝕液(4)，并控制刻蝕深度。最終得到含有棒料上的微結(jié)構(gòu)(51)的最終棒料(5)。將模板清理后可進(jìn)行下一次制作。
[0029]見圖1一圖5，本發(fā)明一種曲面上微結(jié)構(gòu)滾壓成型制造方法，該方法具體步驟如下:
[0030]步驟一:根據(jù)將要制造結(jié)構(gòu)的曲面情況(如錐面，圓柱面或兩者復(fù)合曲面)，通過光刻、化學(xué)刻蝕及微機(jī)械加工等方法，設(shè)計(jì)制造出所需的平面壓印模板(2);
[0031]步驟二:在另一平面上(如玻璃片)附著一層黏性均勻薄的轉(zhuǎn)印介質(zhì)(如光刻膠)，將壓印模板壓上的轉(zhuǎn)印介質(zhì)(31)的平面上，使轉(zhuǎn)印介質(zhì)能夠均勻的覆蓋至其上；對(duì)壓印模板(2)的要求是:表面除需要加工的結(jié)構(gòu)外，應(yīng)當(dāng)保持光滑。為了保證滾壓過程中無相對(duì)滑動(dòng)且接觸良好，壓印模板應(yīng)選用相對(duì)柔軟材料，如PDMS。。
[0032]步驟三:通過精確控制滾壓過程，將壓印模板(2)上的轉(zhuǎn)印介質(zhì)轉(zhuǎn)印至將要制造結(jié)構(gòu)的的外表面上，從而實(shí)現(xiàn)將模板上的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印至其上。對(duì)圓柱棒料，可通過簡單滾壓直接實(shí)現(xiàn)；對(duì)圓柱、錐體復(fù)合棒料出)，可分多次對(duì)圓柱面和錐面滾壓實(shí)現(xiàn)；
[0033]步驟四:根據(jù)不同棒料的材質(zhì)和轉(zhuǎn)印介質(zhì)，選用合適的刻蝕方法對(duì)帶有轉(zhuǎn)印介質(zhì)的棒料進(jìn)行刻蝕處理(如，化學(xué)刻蝕或氣象刻蝕)?？涛g方法的選擇要能夠刻蝕棒料，而不能刻蝕轉(zhuǎn)印介質(zhì)，從而將轉(zhuǎn)印的結(jié)構(gòu)刻蝕至所需深度；
[0034]步驟五:棒料上刻蝕結(jié)構(gòu)完成后，將殘余的轉(zhuǎn)印介質(zhì)去除(如，對(duì)光刻膠，可通過丙酮超聲清洗)，最終在棒料上得到所需的精密微結(jié)構(gòu)；
[0035]步驟六:壓印模板(2)經(jīng)過清洗處理后，可繼續(xù)重復(fù)使用。
【權(quán)利要求】
1.一種曲面上微結(jié)構(gòu)滾壓成型制造方法，其特征在于:該方法具體步驟如下: 步驟一:根據(jù)將要制造結(jié)構(gòu)的曲面情況，通過光刻、化學(xué)刻蝕及微機(jī)械加工方法，設(shè)計(jì)制造出所需的平面壓印模板； 步驟二:在另一平面上附著一層黏性均勻薄的轉(zhuǎn)印介質(zhì)，將壓印模板壓在粘附有轉(zhuǎn)印介質(zhì)的平面上，使轉(zhuǎn)印介質(zhì)能夠均勻的覆蓋至其上；對(duì)壓印模板的要求是:表面除需要加工的結(jié)構(gòu)外，應(yīng)當(dāng)保持光滑，為了保證滾壓過程中無相對(duì)滑動(dòng)且接觸良好，壓印模板應(yīng)選用相對(duì)柔軟材料； 步驟三:通過精確控制滾壓過程，將壓印模板上的轉(zhuǎn)印介質(zhì)轉(zhuǎn)印至將要制造結(jié)構(gòu)的的外表面上，從而實(shí)現(xiàn)將模板上的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印至其上；對(duì)圓柱棒料，通過簡單滾壓直接實(shí)現(xiàn)；對(duì)圓柱、錐體復(fù)合表面，分多次對(duì)圓柱面和錐面滾壓實(shí)現(xiàn)； 步驟四:根據(jù)不同棒料的材質(zhì)和轉(zhuǎn)印介質(zhì)，選用合適的刻蝕方法對(duì)帶有轉(zhuǎn)印介質(zhì)的棒料進(jìn)行刻蝕處理，刻蝕方法的選擇要能夠刻蝕棒料，而不能刻蝕轉(zhuǎn)印介質(zhì)，從而將轉(zhuǎn)印的結(jié)構(gòu)刻蝕至所需深度； 步驟五:棒料上刻蝕結(jié)構(gòu)完成后，將殘余的轉(zhuǎn)印介質(zhì)去除，最終在棒料上得到所需的精密微結(jié)構(gòu)； 步驟六:壓印模板經(jīng)過清洗處理后，可繼續(xù)重復(fù)使用。
【文檔編號(hào)】G03F7/00GK104360580SQ201410589858
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】陳華偉, 張力文, 張德遠(yuǎn), 程明龍, 張鵬飛 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)