衝撃プリント型ホットエンボス加工技術を用いたフレキシブル材料のドットパターン化プロセスの研究

研究者は積極的に既存のデバイスやディスプレイを小型化し、これらのデバイスの柔軟性を高めようとしています^1,,2.マイクロまたはナノスケールに電気チャネルの幅と深さを減らすためには、高精度技術が必要です。さらに、これらのデバイスの柔軟性を高めるために、電気チャネルのパターンは、ポリマーフィルム^33、44などの柔軟な材料上に配置する必要があります。これらの条件を満たすために、超微細マイクロプロセッシング技術の研究が盛んに進められています。

超微細微細加工技術は、鋳造材には鉄やプラスチックなどの高剛性材料だけでなく、ポリマーフィルムなどの軟質材料も含まれるという利点があります。これらの利点により、この技術は、通信、化学、光学、航空宇宙、半導体、センサ^5、6、7,など、さまざまな分野でコアプロセスとして広く使用^{5,されています}。超微細微分処理分野では、LIGA(リソグラフィ、電気めっき、および成形)またはマイクロマシニング法が⁸を用いる。しかしながら、これらの従来の方法はいくつかの問題に関連している。LIGA メソッドは、超微細パターンを作成するためにかなりの時間といくつかのプロセスステップを必要とし、プロセス中に多くの異なるタイプの機器を必要とするため、高いコストも発生します。また、LIGA法では環境を汚染する化学物質を使用しています。

この問題に対処するために、ホットエンボス加工技術は、超微細マイクロプロセス技術の間で注目されています。ホットエンボス加工は、マイクロスケールまたはナノスケールのエンボス成形金型を使用して、加熱されたポリマーフィルムにパターンを作成する技術です。従来のホットエンボス加工技術は、金型の形状に応じて板型とロール・ツー・ロール型に分かれています。2種類の熱いエンボス加工技術は金型の形状の点で異なりますが、この2つのプロセスは、エンボス成形金型がポリマーフィルムを加熱プレートに押し込み、ポリマーフィルムにパターンを刻むという点で似ています。熱いエンボス加工を用いてパターンを刻印するには、ポリマーフィルムをガラス転移温度以上に加熱し、十分な圧力量(〜30〜50 MPa)9を加⁹える必要がある。また、加熱板の温度、材料、エンボス成形金型の形状などによりパターンの幅や奥行きが変化する。また、パターン化処理後の冷却方法は、ポリマーフィルム上のパターンの形状に影響を与える。

従来のホットエンボス加工では、エンボススタンプやローラーを目的のパターンでエンボス加工することができ、エンボス成形金型を使用して、ポリマーフィルム表面に同じパターンを連続的に印刷することができます。この機能は、大量生産だけでなく、ポリマーフィルム^{,,10、11、12、13、14,11}などの柔らかい材料を持つデバイスを製造するのに適しています。^12,1314しかし、従来のホットエンボス加工では、エンボス成形金型に刻まれた単一パターンのみを作成できます。したがって、ユーザーが新しいパターンを作成したり、パターンを修正したりする場合は、インプリンティング パターンを修正するために新しい金型を作成する必要があります。このため、従来のホットエンボス加工は、新しいパターンを作成したり、既存の設計を置き換えたりする場合に、コストと時間がかかります。

以前の研究では、リアルタイム¹⁵で様々な幅と深度を持つドットパターンを生成するためのインパクトタイプのホットエンボス加工が導入されました。従来のホットエンボス加工とは異なり、インパクトプリントタイプのホットエンボス法では、インパクトヘッダーを使用してポリマーフィルムにパターンを作成します。この技術は精密位置決めシステムとの目的の位置に衝撃のヘッダーを移動する。制御信号は、目的の幅と深さ、任意の位置でパターンを印刷するために適用されます。衝撃ヘッダの構造は、移動体、ばね、コイル巻き、コア(図1^A)15から構成されています。A以前の作業は、分析と実験を通じて、このような衝撃ヘッダがホットエンボス¹⁶に対して適切な力を生み出すことができることを確認した。本稿のプロトコルは、インパクトタイプのホットエンボス加工用のハードウェアの設計と、プロセス制御の制御環境をカバーしています。また、PETフィルム、PMMAフィルム、PVCフィルムのドットパターンを分析し、そのすべてが提案されたプロトコルで処理され、インパクトプリント型のホットエンボス加工によって、様々な幅と深さのドットパターンをリアルタイムで作成できることを確認します。これらの実験の結果は、結果のセクションで以下に示され、エンボス加工が超微細パターンを適切に生成できることを確認する。