压印

更新时间:2022-08-25 14:25

压印和叠印是一个意思,即一个色块叠印在另一个色块上。不过印刷时特别要注意黑色文字在彩色图象上的叠印,不要将黑色文字底下的图案镂空,不然印刷套印不准时黑色文字会露出白边。纳米压印技术凭借其高效率、高分辨率以及低成本等优势,吸引了许多科研人员与工程技术人员的关注,MIr的一篇评论甚至称之为有可能改变世界的十大技术之一。纳米压印技术按模板特性主要可分为软压印、热压印及分步式模压曝光三种工艺。

介绍

压印是将板料放在上、下模之间,在压力作用下使其材料厚度发生变化,并将挤压外的材料,充塞在有起伏细纹的模具形腔凸、凹处,而在工件表面得到形成起伏鼓凸及字样或花纹的一种成形方法。如硬币,纪念章等,都是用压的方法成形的。

压印工作,大多数是在封闭的模腔内进行的,以免金属受压后被挤出模外,而对于较大的压印工件,可利用敞开的模腔压制。

工件在压印和压花时,为了使工件质量好,精度高,在坟印前,应首先将坯料进行退火处理,并且还要经过酸洗或喷丸等工序,要事先清洗表面不能有污物。压印成形后的精度,在厚度方向上一般可以达到±0.1mm,最高可达0.05mm左右。

压印的坯料尺寸,可以用压印前后重量相等的原则确定。并且,在印压后需要修边时,应增加必要的修边余量。

纳米压印技术

纳米科技是当今最具活力的技术之一,与其他高新技术相比,纳米技术与很多领域有学科交叉,如纳米生物学、纳米医学和纳米化学等。纳米技术的关键在于纳米尺度结构的形成,而纳米压印技术的发明对纳米尺度结构的加工具有重要意义。

1995年,S. Y. Chou等人将古老的石板印刷技术引入到现代高科技领域。这项技术与极紫外光刻、X射线光刻、电子束光刻和离子束光刻成为半导体行业第二代光刻技术的候选者,而纳米压印技术凭借其高效率、高分辨率以及低成本等优势,吸引了许多科研人员与工程技术人员的关注,MIr的一篇评论甚至称之为有可能改变世界的十大技术之一。纳米压印技术按模板特性主要可分为软压印、热压印及分步式模压曝光三种工艺。以下对几种最新出现的纳米压印工艺进行简单介绍。

滚轴压印

2009年,L. J.Guo等人报道了一种新的压印工艺一大面积滚轴压印工艺。该工艺有卷对卷和卷对板两种模式,工艺流程如图1和图2所示。

这种工艺主要由多个滚轴组成,通过滚轴的转动以及滚轴与传送带之间的压力来实现涂胶、压印、紫外固化和脱模。通过控制滚轴的转动速度以及滚轴与传送带底板之间的压力,来控制压印胶的涂覆厚度以及压印压力。该工艺用高功率的紫外光源对压印胶进行固化,可使转筒的线速度达到1m/min制得的图形精度可以达到周期200nm,线宽70nm。这种工艺对模板的要求是软模板,脱模性好;对压印胶的要求是紫外光固化速度快,与底板的粘附力强。该压印工艺不仅解决了传统紫外压印和热压印工艺不能一次大面积压印的难题,而且整个压印过程为连续工艺,可以大大提高压印的效率,降低压印成本,不足之处在于最小特征尺寸还有待进一步提高。

光刻联合工艺

除了将工艺过程连续化以外,减少传统压印的工艺步骤是另一种提高压印效率的方法。2004年, X. Cheng等人发表了一篇关于紫外压印一光刻联合工艺的文章。这种工艺中,紫外压印模具的突起部分涂覆了一层不透光掩膜,用这种带有掩膜的模具进行压印和紫外固化。这层掩膜的作用和光刻工艺中的光掩膜作用类似,在掩膜的遮挡下,可使残胶层的压印胶避免受到紫外光照射,因此残胶层不会固化,可以采用溶剂溶解除掉残胶层,从而省去了常规紫外纳米压印工艺中用反应离子刻蚀去除残胶层的步骤,提高了效率,工艺流程见图3。

接触改进

传统热压印是将压印胶层和底板同时加热,这种加热过程存在加热速度慢、底板和压印胶层热膨胀系数不匹配等问题。2008年,M . Tom en等人针对热压印工艺中的这些缺点,报道了一种快速热压印方法。这种方法的核心是在模板中加入一个加热装置,用热模板实现快速压印的过程。利用这种压印方式,达到了16s压印2cm2的压印速度,并且残胶层的厚度不超过10nm。

除了对压印成型这一步进行改进外,2009年A.George等人报道的气相沉积成型工艺则完全取代了压印成型这一步骤。该工艺的独特之处在于利用气体在不同几何区域沉积速率不同的特点,用PDM S模板倒扣在底板表面,形成与气相沉积室相通的腔室,气体扩散到腔室后,优先紧靠腔室内壁沉积,从而在内壁附近和腔室中心形成厚度不一的沉积掩层,利用该沉积掩层可以进行接下来的图形转移工序,流程图见图4。这种工艺的优点是工艺步骤少,图形在转移过程中的“失真”度小;缺点是沉积工艺耗时较长,图形形貌必须是贯通结构,此外不同区域沉积的均匀度不同。

缩印工艺

上述沉积工艺不仅用于改进压印工艺,而且早在2003年Y.K.Choi等人就报道了一种沉积缩印工艺,该工艺的核心也是通过加入一个沉积工序,将大线宽模板图形“缩印”后,得到小线宽图形,工艺流程如图5所示。“缩印”的代价是压印工序大大增多。无独有偶,2009年,X. L. Li等人也发表了一篇关于“缩印”工艺的文章。不过其缩印方式与上述方式不同,该工艺巧妙地利用湿法刻蚀中柱状图形上下刻蚀速率不同的特点,将分布在底板表面上的“纳米柱”湿法刻蚀成“纳米锥”,从而减小了模板的特征尺寸,提高了图形的分辨率,流程图见图6。

新进展

纳米压印的发展最初主要是为了解决集成电路线宽突破几十纳米的瓶颈问题,随着压印技术的应用越来越广泛,这种纳米加工工艺也逐步进入其他研究领域。 纳米压印技术是纳米尺寸大面积结构复制的最有前途的下一代技术之一,这种成本低、效率高的纳米结构制作方法已逐渐应用于生物医学、半导体加工和数据存储等领域,因为传统热压印技术和紫外压印工艺存在模板成本高、图形转移不稳定、压印效率低等缺点。通过对最新压印工艺成果的筛选、分类和总结,给出了纳米压印技术在压印工艺、图形赋形技术和纳米压印技术应用三个方面的最新进展。压印工艺方面介绍了大面积滚轴压印工艺、紫外压印一光刻联合工艺、快速热压印工艺、气相沉积成型工艺、沉积缩印工艺以及湿法刻蚀缩印工艺;图形赋形方面介绍了蘸水笔、聚合物笔阵列、喷墨笔、聚合物纳米球以及有规嵌段共聚物5种图形赋形方法;纳米压印技术应用方面介绍了纳米压印技术在聚合物纳米颗粒、金属纳米套筒、纳米电极阵列以及扫描探针制备中的应用。这些研究成果极大地促进了纳米压印这一新型纳米加工工艺的发展,使纳米压印技术更加成熟化和多样化,更加具备了产业化应用的价值。

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