[发明专利]一种大尺寸和无接缝纳米尺度滚轮模具制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于滚型纳米压印的滚轮模具的制造方法，尤其涉及大尺寸和无接缝纳米尺度滚轮模具制造方法，属于微纳制造和模具制造技术领域。

背景技术

滚型纳米压印是一种全新大面积连续微纳米图形化的方法，它具有高分辨率、低成本和超高生产率的特点，尤其是它具有连续图形化的独特优势，既可用于硬质（刚性）衬底（基材）图形化，也可以用于柔性（卷状材料）衬底的图形化。滚型纳米压印已被用于批量化制造抗反射膜和涂层、蓝宝石衬底纳图形化（NPSS）、抗反射和自清洁玻璃、OLED、射频器件、电子纸、高清显示、高效太阳能电池板等众多领域，该技术已经被看作最具有工业化应用前景的微纳米制造方法。

滚轮模具作为压印特征的初始载体直接决定着压印特征的质量，是滚型纳米压印最重要的工艺要素。目前已经提出多种滚轮模具结构及其制造方法，根据公开的资料现有的滚型纳米压印用滚轮模具的制造方法主要包括：薄平板模具包覆法、步进旋转曝光法、激光直写法、金刚石车削法、电子束直写法等。金刚石车削法和激光直写法主要适用于简单几何形状、微尺度特征滚轮模具的制造，难以实现纳米尺度、复杂几何图形滚轮模具的制造。电子束直写法等虽然可以实现纳米尺度、复杂特征图形滚轮模具的制造，但是制造效率极低、生产成本高，尤其对于大尺寸滚轮模具在实际模具制造中不具备实际生产的可行性。薄平板模具包覆法是目前滚轮模具主要的制造方法，但该方法面临一个最大的不足是模具存在接缝，这限制了许多领域的应用（如抗反射光学薄膜、微透镜阵列膜等），此外，还存在薄平板模具和圆柱滚轮基体粘结性差、易变形等诸多问题。步进旋转曝光法虽然可以实现无接缝滚轮模具制造，但是模具制造生产率低、成本高，纳米尺度图形制造困难，而且需要专用的设备，并且还面临难以实现大尺寸、复杂几何图形滚轮模具制造的技术难题。因此，现有的各种滚轮模具制造方法在大尺寸、无接缝纳米尺度滚轮模具的制造方面都存在一定的局限性和不足，高效和低成本制造大尺寸、无接缝纳米尺度滚轮模具制造已经成为当前滚型纳米压印所面临最大的技术挑战问题之一，被认为是制约滚型纳米压印广泛应用的技术瓶颈，已经成为当前滚型纳米压印最为迫切需要解决的问题。所以，迫切需要开发新的制造方法和工艺，实现大尺寸、无接缝纳米尺度滚轮模具高效、低成本制造。

发明内容

本发明的目的就是为了解决大尺寸和无接缝纳米尺度滚轮模具制造的技术难题，通过提供了一种大尺寸和无接缝纳米尺度滚轮模具制造方法，它可实现大尺寸、无接缝纳米尺度金属滚轮模具高效和低成本制造。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种适用于滚型纳米压印的大尺寸和无接缝纳米尺度金属滚轮模具制造方法，包括：

步骤1：制造平板型母板模具；

采用电子束直写或者激光干涉光刻或者刻蚀或者自组装或者纳米球珠光刻中的一种或者两种组合方法制造等板型母板模具；所述平板型母板模具使用的材料包括硅或者石英或者金属镍或者玻璃其中的一种；

步骤2：制造滚轮基体；

（2-1）首先，以不锈钢为基材，通过精密车削或者磨削加工出圆柱形滚轮基体；

（2-2）然后，利用金属沉积工艺在圆柱形滚轮基体表面沉积10-20nm厚的Cr/Cu或Au/Ti或者Cr或者Cu或者镍其中的一种材料作为种子层；

步骤3：制造小滚轮工作模具；

（3-1）首先，采用空心圆柱形高透光的石英管或者空心玻璃管作为小滚轮工作模具的基体，对其表面进行处理，提高表面的粘附性能；

（3-2）随后，采用提拉涂布法或者气动旋转涂布法在小滚轮基体表面均匀涂布0.4-2微米厚的压印材料；

（3-3）然后，采用滚对平面型纳米压印工艺将平板型母板模具上的纳米尺度特征图形转移复制到小滚轮工作模具的压印材料上；

（3-4）最后，对小滚轮工作模具进行后固化处理，提高固化后压印材料的强度和硬度；

步骤4：制造滚轮模具；

（4-1）首先，采用提拉涂布法或者气动旋转涂布法在滚轮基体表面均匀涂布一层300-900nm后的紫外固化压印胶；

（4-2）随后，采用滚对滚型紫外纳米压印工艺将小滚轮工作模具压印材料上纳米尺度特征图形转复制移到滚轮基体的紫外固化压印胶上；

（4-3）然后，采用刻蚀工艺去除残留层；

（4-4）最后，以压印生成的图形为掩模，采用电铸工艺，沉积200-1000nm厚的金属镍，电铸后去除紫外固化压印胶，得到金属滚轮模具；

步骤5：滚轮模具表面处理；