מחקר של תהליך הדפסת נקודות על חומרים גמישים באמצעות הדפסה השפעה-סוג טכנולוגיית הבלטה חמה
Summary
טכנולוגיית הטבעה של השפעה מסוג הדפסה חמה משתמשת בכותרת השפעה כדי לממש את דפוסי הנקודה על חומרים גמישים בזמן אמת. לטכנולוגיה זו יש מערכת בקרה לשליטה בתנועה ובמיקום של כותרת ההשפעה כדי ליצור תבניות של נקודות ברוחב ובעומקים שונים בסרטים פולימריים שונות.
Abstract
כאן אנו מציגים את המחקר שלנו על ההשפעה הדפס-סוג תהליך הבלטה חם אשר יכול ליצור תבניות נקודה עם עיצובים שונים, רוחב, ומעמקי בזמן אמת על סרט פולימרי. בנוסף, אנו מיושמים מערכת בקרה לתנועה ולמיקום של כותרת ההשפעה כדי לקבור דפוסי נקודה שונים. ביצעו בדיקת מידות בסרטים פולימריים שונים, כגון סרט פוליאסטר (PET), סרט הסרט פולימתיל (PMMA), וסרטי פוליוויניל כלוריד (PVC). דפוסי הנקודה נמדדו באמצעות מיקרוסקופ קונפוקלית וקד, ואנו אישר כי ההשפעה השפעה תהליך הבלטה חם מייצר פחות שגיאות במהלך התהליך הדפוס נקודה. כתוצאה מכך, ההשפעה על תהליך הטבעה חם של השפעה מתגלה להיות מתאים לתבניות של נקודות חריטה על סוגים שונים של סרטים פולימריים. בנוסף, בניגוד לתהליך ההבלטה החם המקובל, תהליך זה אינו משתמש בחותמת הבלטה. לכן, התהליך הוא פשוט והוא יכול ליצור תבניות נקודה בזמן אמת, הצגת יתרונות ייחודיים עבור ייצור המוני וייצור אצווה כמות קטנה.
Introduction
חוקרים מנסים באופן פעיל למזער התקנים קיימים ומציג ולהגדיל את הגמישות של התקנים אלה1,2. כדי להקטין את הרוחב והעומק של ערוצי חשמל לקנה מידה מיקרו או ננו, טכנולוגיית דיוק גבוהה היא הכרחית. בנוסף, כדי להגביר את הגמישות של התקנים אלה, הדפוסים של ערוצי החשמל חייבים להיות ממוקמים על חומר גמיש, כגון סרט פולימרי3,4. כדי לעמוד בתנאים אלה, המחקר של טכנולוגיית מיקרו-עיבוד ultrafine מתבצעת באופן פעיל.
לטכנולוגיה מיקרוליפיין ultrafine יש יתרון בחומרים הדקים האפשריים כוללים לא רק חומרים קשיחים מאוד כגון ברזל או פלסטיק, אך גם חומרים רכים כגון סרטים פולימריים. בשל יתרונות אלה, טכנולוגיה זו משמשת רבות כתהליך ליבה בתחומים שונים, כגון תקשורת, כימיה, אופטיקה, תעופה וחלל, מוליך למחצה, וחיישנים5,6,7. בתחום המיקרו-עיבוד האולטרה-ממדי,משתמשים ב-ליגה (ליטוגרפיה, ציפוי אלקטרוליגרפיות ודפוס) או שיטות מיקרוליניג. עם זאת, שיטות קונבנציונליות אלה משויכות למספר בעיות. שיטות ליגת העל דורשות כמות משמעותית של זמן ומספר שלבי תהליך ליצירת תבניות אולטרה-משובחות וכרוכות בעלויות גבוהות גם משום שהן זקוקות לסוגים רבים ושונים של ציוד במהלך התהליכים. בנוסף, שיטות ליגת העל משתמשות בכימיקלים שיכולים לזהם את הסביבה.
כדי לטפל בבעיה זו, טכנולוגיית תהליך הבלטה חם כבר להיות הדליק בין טכנולוגיות מיקרו בסדר ultrafine. הטבעה חמה היא טכנולוגיה היוצרת תבנית על סרט פולימרי מחומם באמצעות תבנית הבלטה מיקרו או ננו-סקאלה. טכנולוגיית הבלטה חמה רגילה מחולקת לסוג הלוחית וסוג גליל-אל-רול בהתאם לצורת התבנית. שני סוגים של טכנולוגיית הבלטה חם שונים מבחינת הצורה של העובש, אבל אלה שני תהליכים דומים בכך עובש הבלטה לוחץ על הסרט פולימר על צלחת מחוממת כדי לחרוט דפוס על הסרט פולימר. כדי לחרוט את התבנית באמצעות תהליך הבלטה חם, יש צורך לחמם את הסרט פולימר מעל טמפרטורת המעבר זכוכית כדי להחיל כמות נאותה של לחץ (~ 30-50 MPa)9. בנוסף, הרוחב והעומק של התבנית משתנים בהתאם לטמפרטורת הצלחת המחוממת, לחומר ולצורה של תבנית ההבלטה. יתר על כן, שיטת הקירור לאחר תהליך הדפוס משפיע על צורת התבנית על הסרט פולימר.
בתהליך הבלטה חם קונבנציונלי, חותמות הבלטה או רולים יכול להיות מובלט עם התבנית הרצויה, ואת עובש הבלטה ניתן להשתמש כדי להדפיס את דפוס זהה על משטחי הסרט פולימר ברציפות. תכונה זו עושה את התהליך הזה מתאים לא רק עבור ייצור המוני אלא גם עבור בדיית התקנים עם חומרים רכים, כגון סרטים פולימריים10,11,12,13,14. עם זאת, שיטת הבלטה חמה המקובלת יכולה ליצור רק את התבנית היחידה החקוקה בתבנית ההבלטה. לכן, כאשר המשתמש רוצה ליצור דפוס חדש או לשנות את התבנית, הם חייבים ליצור עובש חדש כדי לשנות את דפוס ההטבעה. מסיבה זו, הטבעה חמה קונבנציונאלי הוא יקר וגוזלת זמן בעת יצירת דפוסים חדשים או החלפת עיצובים קיימים.
עבודה קודמת הציגה את תהליך ההשפעה-סוג חם הבלטה להפקת דפוסי נקודה עם רוחב ומעמקי שונים בזמן אמת15. בניגוד לתהליך ההבלטה החם המקובל, שיטת ההבלטה החמה מסוג ההדפסה משתמשת בכותרת השפעה כדי ליצור תבניות בסרט הפולימרי. טכנולוגיה זו מזיזה את כותרת ההשפעה למיקום הרצוי עם מערכת מיקום מדויקת. אות פקד מוחל על תבניות הדפסה ברוחב ועומק רצויים ובמצב שרירותי. מבנה כותרת ההשפעה מורכב ממאלף, קפיץ, סליל מתפתל, וליבה (ראה איור 1א)15. העבודה הקודמת אושרה באמצעות ניתוח ולהתנסות כי כותרת השפעה כזו יכולה לייצר את הכוח המתאים עבור הטבעה חמה16. הפרוטוקול של נייר זה מכסה את העיצוב של החומרה עבור תהליך הבלטה חם של סוג ההשפעה וסביבת הבקרה עבור בקרת תהליכים. בנוסף, אנו לנתח את דפוסי הנקודה על הסרט PET, הסרט PMMA, וסרט PVC, כולם מעובדים עם הפרוטוקול המוצע כדי לוודא כי ההשפעה השפעה בתהליך הבלטה חם יכול ליצור דפוסי נקודה עם רוחב ומעמקי שונים בזמן אמת. התוצאות של ניסויים אלה מוצגים להלן בסעיף התוצאות, המאשר כי תהליך ההבלטה יכול כראוי לייצר דפוסים בסדר ultrafine.
Protocol
Representative Results
Discussion
במחקר זה, אנו ליישם את ההשפעה השפעה להדפיס את התהליך הבלטה חם וחריטה נקודות עם רוחב שונים במעמקי על מגוון של סרטים פולימריים בזמן אמת. בין שלבי הפרוטוקול, יש להתייחס לשני צעדים בצורה קריטית בין כל השלבים. הראשון הוא ההגדרה של הטמפרטורה של צלחת החום (שלב 3.3.3), והשני הוא ההגדרה של המיקום הראשונ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי הפרויקט הנקרא “פיתוח של ההשפעה הדפסה השפעה הטכנולוגיה הטבעה חמה עבור שכבה מוליך באמצעות חומרים ננו מרוכבים מוליך” באמצעות משרד המסחר, התעשייה והאנרגיה (MOTIE) של קוריאה (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 |
References
- Lee, S. Y., et al. 2018 Optical Fiber Communications Conference and Exposition (OFC). IEEE. , 1-3 (2019).
- Yang, D., Pan, L., Mu, T., Zhou, X., Zheng, F. The fabrication of electrochemical geophone based on FPCB process technology. Journal of Measurements in Engineering. 5 (4), 235-239 (2017).
- Fukuda, K., et al. Fully printed high-performance organic thin-film transistors and circuitry on one-micron-thick polymer films. Nature Communications. 5, 4147 (2014).
- Sekitani, T., Zschieschang, U., Klauk, H., Someya, T. Flexible organic transistors and circuits with extreme bending stability. Nature Materials. 9 (12), 1015 (2010).
- Zamkotsian, F., Dohlen, K., Burgarella, D., Ferrari, M., Buat, V. International Conference on Space Optics-ICSO 2000. International Society for Optics and Photonics. , 105692A (2019).
- Zhang, X., Li, Z., Zhang, G. High performance ultra-precision turning of large-aspect-ratio rectangular freeform optics. CIRP Annals. 67 (1), 543-546 (2018).
- Ziaie, B., Baldi, A., Lei, M., Gu, Y., Siegel, R. A. Hard and soft micromachining for BioMEMS: review of techniques and examples of applications in microfluidics and drug delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 56 (2), 145-172 (2004).
- Mishra, S., Yadava, V. Laser beam micromachining (LBMM)-a review. Optics and Lasers in Engineering. 73, 89-122 (2015).
- Yun, D., et al. Development of roll-to-roll hot embossing system with induction heater for micro fabrication. Review of Scientific Instruments. 83 (1), 015108 (2012).
- Keränen, K., et al. Roll-to-roll printed and assembled large area LED lighting element. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 81 (1-4), 529-536 (2015).
- Park, J., Lee, J., Park, S., Shin, K. H., Lee, D. Development of hybrid process for double-side flexible printed circuit boards using roll-to-roll gravure printing, via-hole printing, and electroless plating. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 82 (9-12), 1921-1931 (2016).
- Rank, A., Lang, V., Lasagni, A. F. High-Speed Roll-to-Roll Hot Embossing of Micrometer and Sub Micrometer Structures Using Seamless Direct Laser Interference Patterning Treated Sleeves. Advanced Engineering Materials. 19 (11), 1700201 (2017).
- Shan, X., Liu, T., Mohaime, M., Salam, B., Liu, Y. Large format cylindrical lens films formed by roll-to-roll ultraviolet embossing and applications as diffusion films. Journal of Micromechanics and Microengineering. 25 (3), 035029 (2015).
- Wang, X., Liedert, C., Liedert, R., Papautsky, I. A disposable, roll-to-roll hot-embossed inertial microfluidic device for size-based sorting of microbeads and cells. Lab on a Chip. 16 (10), 1821-1830 (2016).
- Yun, D., et al. Impact Print-Type Hot Embossing Process Technology. Advanced Engineering Materials. 20 (9), 1800386 (2018).
- Ahn, J., Yun, D. Analyzing Electromagnetic Actuator based on Force Analysis. 2019 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). , (2019).
