Étude d’un processus de modèle de point sur les matériaux flexibles à l’aide de la technologie d’embossing chaud de type d’impression d’impact

Les chercheurs tentent activement de miniaturiser les appareils et les écrans existants et d’accroître la flexibilité de ces dispositifs^1,2. Pour réduire la largeur et la profondeur des canaux électriques à l’échelle micro ou nanométrique, une technologie de haute précision est nécessaire. En outre, pour augmenter la flexibilité de ces dispositifs, les modèles des canaux électriques doivent être situés sur un matériau flexible, comme un film en polymère^3,4. Pour répondre à ces conditions, l’étude de la technologie de microprocessage ultrafine est activement en cours.

La technologie de microfabrication ultrafine a un avantage en ce que les matériaux de modelage possibles incluent non seulement des matériaux très rigides tels que le fer ou le plastique, mais aussi des matériaux mous tels que les films en polymère. En raison de ces avantages, cette technologie est largement utilisée comme un processus de base dans divers domaines, tels que les communications, la chimie, l’optique, l’aérospatiale, les semi-conducteurs, et les capteurs^5,6,7. Dans le domaine du microprocesseur ultrafin, les méthodes de microprocesseur LIGA (lithographie, électroplaque et moulure) ou micromachining sont utilisées⁸. Cependant, ces méthodes conventionnelles sont associées à plusieurs problèmes. Les méthodes LIGA nécessitent beaucoup de temps et plusieurs étapes de processus pour créer des modèles ultrafins et engager un coût élevé ainsi parce qu’ils ont besoin de nombreux types différents d’équipement au cours des processus. En outre, les méthodes LIGA utilisent des produits chimiques qui peuvent polluer l’environnement.

Pour résoudre ce problème, la technologie des processus de gaufrage à chaud a été mise en lumière parmi les technologies de microprocesseur ultrafines. Le gaufrage chaud est une technologie qui crée un modèle sur un film en polymère chauffé à l’aide d’un moule à gaufrage à l’échelle micro ou nanométrique. La technologie conventionnelle de gaufrage chaud est divisée en type de plaque et en type de rouleau à rouleau selon la forme du moule. Les deux types de technologie de gaufrage chaud sont différents en termes de forme du moule, mais ces deux processus sont similaires en ce que le moule de gaufrage presse le film de polymère sur une plaque chauffée pour graver un modèle sur le film en polymère. Pour graver le modèle à l’aide du processus de gaufrage chaud, il est nécessaire de chauffer le film en polymère au-dessus de la température de transition du verre et d’appliquer une quantité suffisante de pression (30 à 50 MPa)⁹. En outre, la largeur et la profondeur du modèle changent en fonction de la température de la plaque chauffée, du matériau et de la forme du moule de gaufrage. En outre, la méthode de refroidissement après le processus de modelage affecte la forme du modèle sur le film en polymère.

Dans le processus de gaufrage chaud conventionnel, les timbres de gaufrage ou les rouleaux peuvent être en relief avec le modèle désiré, et le moule de gaufrage peut être employé pour imprimer le même modèle sur les surfaces de film de polymère en continu. Cette fonctionnalité rend ce processus adapté non seulement pour la production de masse, mais aussi pour la fabrication d’appareils avec des matériaux mous, tels que les films en polymère^{10,11,12,13,14}. Cependant, la méthode conventionnelle de gaufrage chaud ne peut créer que le modèle unique gravé dans le moule de gaufrage. Par conséquent, lorsque l’utilisateur veut faire un nouveau motif ou modifier le modèle, ils doivent faire un nouveau moule pour modifier le modèle d’impression. Pour cette raison, le gaufrage chaud conventionnel est coûteux et long lors de la création de nouveaux modèles ou le remplacement des conceptions existantes.

Des travaux antérieurs ont introduit le processus de gaufrage à chaud de type impact pour produire des motifs de points avec différentes largeurs et profondeurs en temps réel¹⁵. Contrairement au processus de gaufrage chaud conventionnel, la méthode de gaufrage chaud de type impression d’impact utilise un en-tête d’impact pour créer des motifs sur le film en polymère. Cette technologie déplace l’en-tête d’impact à la position désirée avec un système de positionnement de précision. Un signal de commande est appliqué aux modèles d’impression à une largeur et à une profondeur désirées et à une position arbitraire. La structure de l’en-tête d’impact se compose d’un déménageur, d’un ressort, d’une bobine sinueuse et d’un noyau (voir la figure 1A)¹⁵. Des travaux antérieurs ont confirmé par une analyse et une expérience qu’un tel en-tête d’impact peut produire la force appropriée pour le gaufrage chaud¹⁶. Le protocole de ce document couvre la conception du matériel pour le processus de gaufrage à chaud de type impact et l’environnement de contrôle pour le contrôle des processus. En outre, nous analysons les modèles de points sur le film PET, le film PMMA, et le film en PVC, qui sont tous traités avec le protocole proposé pour vérifier que le processus de gaufrage chaud de type impression d’impact peut créer des modèles de points avec différentes largeurs et profondeurs en temps réel. Les résultats de ces expériences sont présentés ci-dessous dans la section des résultats, confirmant que le processus de gaufrage peut produire convenablement des modèles ultrafins.