Estudio de un proceso de patrón de puntos en materiales flexibles utilizando la tecnología de grabado en caliente de tipo de impresión de impacto
Summary
La tecnología de grabado en caliente de tipo impresión de impacto utiliza un cabezal de impacto para grabar patrones de puntos en materiales flexibles en tiempo real. Esta tecnología cuenta con un sistema de control para controlar el movimiento on-off y la posición del cabezal de impacto para crear patrones de puntos con varios anchos y profundidades en diferentes películas de polímeros.
Abstract
Aquí presentamos nuestro estudio sobre un proceso de grabado en caliente de tipo impresión de impacto que puede crear patrones de puntos con varios diseños, anchos y profundidades en tiempo real en película de polímero. Además, implementamos un sistema de control para el movimiento on-off y la posición del encabezado de impacto para grabar diferentes patrones de puntos. Realizamos patrones de puntos en varias películas de polímeros, como película de poliéster (PET), película de polimetilmetacrilato (PMMA) y película de cloruro de polivinilo (PVC). Los patrones de puntos se midieron utilizando un microscopio confocal, y confirmamos que el proceso de grabado en caliente de tipo impresión de impacto produce menos errores durante el proceso de patrón de puntos. Como resultado, el proceso de grabado en caliente de tipo impresión de impacto se encuentra adecuado para el grabado de patrones de puntos en diferentes tipos de películas de polímeros. Además, a diferencia del proceso de grabado en caliente convencional, este proceso no utiliza un sello de relieve. Por lo tanto, el proceso es simple y puede crear patrones de puntos en tiempo real, presentando ventajas únicas para la producción en masa y la producción por lotes de pequeña cantidad.
Introduction
Los investigadores están intentando activamente miniaturizar los dispositivos y pantallas existentes y aumentar la flexibilidad de estos dispositivos1,2. Para reducir la anchura y la profundidad de los canales eléctricos a la escala micro o nano, es necesaria una tecnología de alta precisión. Además, para aumentar la flexibilidad de estos dispositivos, los patrones de los canales eléctricos deben estar situados en un material flexible, como una película de polímero3,4. Para cumplir con estas condiciones, el estudio de la tecnología de microprocesamiento ultrafino está en marcha activamente.
La tecnología de microfabricación ultrafina tiene una ventaja en que los posibles materiales de patrón incluyen no sólo materiales altamente rígidos como hierro o plástico, sino también materiales blandos como películas de polímeros. Debido a estas ventajas, esta tecnología es ampliamente utilizada como un proceso central en diversos campos, tales como comunicaciones, química, óptica, aeroespacial, semiconductor, y sensores5,6,7. En el campo de microprocesamiento ultrafino, SE utilizan los métodos LIGA (litografía, galvanoplastia y moldeo) o micromecanizado8. Sin embargo, estos métodos convencionales están asociados con varios problemas. Los métodos LIGA requieren una cantidad considerable de tiempo y varios pasos de proceso para crear patrones ultrafinos e incurrir en un alto costo, ya que también necesitan muchos tipos diferentes de equipos durante los procesos. Además, los métodos LIGA utilizan sustancias químicas que pueden contaminar el medio ambiente.
Para abordar este problema, la tecnología de procesos de grabado en caliente se ha destacado entre las tecnologías de microprocesos ultrafinas. El grabado en caliente es una tecnología que crea un patrón en una película de polímero calentada utilizando un molde de relieve a micro o nanoescala. La tecnología convencional de grabado en caliente se divide en el tipo de placa y el tipo de rollo a rollo dependiendo de la forma del molde. Los dos tipos de tecnología de grabado en caliente son diferentes en términos de la forma del molde, pero estos dos procesos son similares en que el molde de grabado presiona la película de polímero en una placa calentada para grabar un patrón en la película de polímero. Para grabar el patrón utilizando el proceso de grabado en caliente, es necesario calentar la película de polímero por encima de la temperatura de transición del vidrio y aplicar una cantidad adecuada de presión (30–50 MPa)9. Además, la anchura y la profundidad del patrón cambian dependiendo de la temperatura de la placa calentada, el material y la forma del molde de relieve. Además, el método de enfriamiento después del proceso de patrón afecta a la forma del patrón en la película de polímero.
En el proceso de grabado en caliente convencional, los sellos o rodillos de relieve se pueden grabar con el patrón deseado, y el molde de relieve se puede utilizar para imprimir el mismo patrón en superficies de película de polímero continuamente. Esta característica hace que este proceso sea adecuado no sólo para la producción en masa, sino también para la fabricación de dispositivos con materiales blandos, tales como películas de polímero10,11,12,13,14. Sin embargo, el método de grabado en caliente convencional solo puede crear el patrón único grabado en el molde de relieve. Por lo tanto, cuando el usuario desea crear un nuevo patrón o modificar el patrón, debe crear un nuevo molde para modificar el patrón de impresión. Por esta razón, el grabado en caliente convencional es costoso y consume mucho tiempo al crear nuevos patrones o reemplazar diseños existentes.
El trabajo anterior introdujo el proceso de grabado en caliente de tipo impacto para producir patrones de puntos con varios anchos y profundidades en tiempo real15. A diferencia del proceso de grabado en caliente convencional, el método de grabado en caliente de tipo impresión de impacto utiliza un encabezado de impacto para crear patrones en la película de polímero. Esta tecnología mueve el cabezal de impacto a la posición deseada con un sistema de posicionamiento de precisión. Una señal de control se aplica a los patrones de impresión en la anchura y profundidad deseadas y en una posición arbitraria. La estructura de la cabecera de impacto consta de un movimiento, un muelle, un bobinado y un núcleo (véase la figura 1A)15. Trabajos anteriores confirmados a través de un análisis y experimento que tal encabezado de impacto puede producir la fuerza adecuada para el grabado en caliente16. El protocolo de este documento cubre el diseño del hardware para el proceso de grabado en caliente de tipo impacto y el entorno de control para el control del proceso. Además, analizamos los patrones de puntos en película PET, película PMMA y película de PVC, todos los cuales se procesan con el protocolo propuesto para verificar que el proceso de grabado en caliente de tipo impresión de impacto puede crear patrones de puntos con varios anchos y profundidades en tiempo real. Los resultados de estos experimentos se presentan a continuación en la sección de resultados, confirmando que el proceso de grabado puede producir patrones ultrafinos adecuadamente.
Protocol
Representative Results
Discussion
En este estudio, implementamos el proceso de grabado en caliente de tipo impresión de impacto y patrones de puntos grabados con varios anchos y profundidades en una gama de películas de polímeros en tiempo real. Entre los pasos del protocolo, dos pasos deben ser considerados críticamente entre todos los pasos. El primero es el ajuste de la temperatura de la placa de calor (paso 3.3.3), y el segundo es el ajuste de la posición inicial del encabezado de impacto (paso 3.5.1). En el paso 3.3.3, si la temperatura de la p…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación está respaldada por el proyecto titulado “Desarrollo de la tecnología de grabado en caliente de tipo impresión de impacto para una capa conductora utilizando materiales nanocompuestos conductores” a través del Ministerio de Comercio, Industria y Energía (MOTIE) de Corea (N046100024, 2016).
Materials
| 0.3mm High Quality Clear Rigid Packaging PVC Film Roll For Vacuum Forming | Sunyo | SY1023 | PVC film / Thickness : 300µm |
| Acryl(PMMA) film | SEJIN TS | C200 | PMMA film / Thickness : 175µm |
| Confocal Laser Scanning Microscope: 3D-Topography for Materials Analysis and Testing | Carl Zeiss | LSM 700 | 3D confocal microscope / Supporting Mode : 2D, 2.5D, 3D topography |
| DAQ board | NATIONAL INSTRUMENTS | USB-6211 | Control board for two stage and impact header / 16 inputs, 16-bit, 250kS/s, Multifunction I/O |
| DC Power Supply | SMART | RDP-305AU | 3 channel power supply / output voltage : 0~30V, Output current : 0~5A |
| L511 stage | PI | L511.20SD00 | Z-stage / Travel range : 52mm |
| Large Digital Hotplate | DAIHAN Scientific | HPLP-C-P | Heatplate / Max Temp : 350ºC |
| M531 stage | PI | M531.2S1 | X-stage / Travel range : 306mm |
| Mylar Polyester PET films | CSHyde | 48-2F-36 | PET film / Thickness : 50µm |
| OPA2541 | BURR-BROWN | OPA2541BM | OP-AMP / Output currents : 5A, output voltage : ±40V |
Referencias
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