楊申語臺灣大學：機械工程學研究所謝正倫shje, Jeng-LuenJeng-Luenshje2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61194本論文致力於滾輪式微結構壓印製程探討。滾輪式壓印製程可快速將微結構轉印至基材上，目前基材只限於可撓性。本論文提出新的滾輪連續式壓印製程，在平板上轉印出微結構。滾輪板材微結構壓印先將光固化阻劑塗佈於透明平板(玻璃或透明塑膠)基材上，再通過滾輪壓印機台進行滾輪微結構壓印，壓印的同時經由UV光由下而上照射，使透明平板基材上的感光阻劑固化，而完成壓印製程。本製程成功複製三種微結構於平板上：長寬30×80μm、深40μm光柵；ø100μm、深21um微透鏡陣列；寬58μm、高6μm的U型微溝槽(U-Groove)。 本研究首先將150μm薄鎳模包覆於ø56×160mm的滾輪上進行滾輪微壓印，發現會有嚴重壓力分佈不均的情形，於是在滾輪上包覆一層橡膠軟墊做緩衝材，使壓印達到壓力均勻及完美接觸。另外鎳模與阻劑沾黏問題，需在鎳模表面蒸鍍一層鐵氟龍，經過多次壓印測試證實壓印製程無沾黏及脫膜問題。 本研究系統探討滾輪壓印製程參數對複製品質的影響。實驗結果發現：最重要的參數是平台移動速度，在本實驗機台設置下，平台移動速度在0.5~2.1mm/s以內才可成型，太快阻劑無法完全固化狀態，太慢則本機台速度不穩定。壓印壓力需大於1.2kgf/cm2以上才可成型，壓力太小可能易壓力分佈不均。 另外本實驗嚐試以兩種不同方式在板材上製作微結構：(1)以PDMS軟模當滾輪壓印模具：結果發現PDMS軟模剛性不足，容易與阻劑產生滑動現象。(2)利用熱滾輪壓印直接加熱未塗阻劑PMMA塑膠板材：結果發現塑膠板材受熱翹曲，主因是殘留應力釋放。This thesis is devoted to the development of rolling micro-embossing process.Conventional rolling embossing can fast transform micro-structure on substrate, it is only limited to flexible substrate at present. In order to solve present shortcoming and restriction, one innovative method of rolling micro-embossing process was developed. The process is a carried out by applying a constant force over the roller stamp, forcing it to contact the resin-coated glass substrate and applying UV light from bottom of substrate. Three different kinds of pattern have been transferred completely on the photoresist :(i) 30×80μm dimension、40μm deep grating structure(ii)100μm diameter、21μm deep microlens array and (iii) 58μm wide、6μm deep micro U-groove features. Non-uniform pressure distribution is a problem when only nickel mould is wrapping around the 56mm diameter,160mm long steel roller. The nickel mold size is 40×40 mm and 150μm thick. By wrapping cushion pad around steel roller before attaching the nickel mold to uniform imprinting pressure throughout the whole area can be achieved. In order to reduce the sticking problem between the resist and mold, the mold was pretreated with a mold release agent Teflon. In this study, it is found that the platform speed is the most important processing parameter since curing time is critical. The micro-structure can be replicated when platform speed is between 0.5~2.1mm/s. The embossing pressure should be above 1.2kgf/cm2 to achieve uniform pressure.目 錄 致謝 Ⅰ 中文摘要 Ⅱ 英文摘要 Ⅲ 表目錄 Ⅸ 圖目錄 Ⅹ 第一章 導 論 1.1 微機電製程複製技術 1 1.2 塑膠微熱壓成型 1 1.3 塑膠微滾壓成型 3 1.4 紫外線固化技術 4 1.5 研究動機與目的 5 1.6 論文內容架構 6 第二章 文獻回顧 2.1 塑膠微熱壓成型文獻 13 2.2 平面紫外光固化成型文獻 15 2.3 塑膠滾壓成型文獻 17 2.4 壓印模具製作及變形 19 2.5 整體性回顧整理與本研究創新性 22 第三章 壓印實驗設置與方法 3.1 滾輪壓印設備與步驟 30 3.1.1 滾輪壓印設備 30 3.1.2 滾輪壓印步驟 31 3.2 實驗規劃與模具 32 3.2.1 實驗設計 32 3.2.2 初步實驗觀察探討 32 3.2.3 單一參數與成形窗實驗 32 3.2.4 壓印模具 33 3.2.4.1 電鑄鎳模 34 3.2.4.2 PDMS翻模 35 3.3 實驗材料與塗佈機構 37 3.3.1 光固化阻劑 37 3.3.2 基材 37 3.3.3 塗佈機構 37 3.3.3.1 刮刀式塗佈機構 37 3.3.3.2 旋轉式塗佈機構 38 3.3.4 旋轉式塗佈步驟及參數 38 3.3.5 量測結果 39 3.4 量測工具 39 3.4.1 表面輪廓儀 39 3.4.2 光學顯微鏡及掃瞄式電子顯微鏡 39 3.4.3 壓力量測 39 第四章 滾輪微結構壓印初步實驗 4.1 壓力均勻度實驗探討 54 4.1.1 感壓軟片 54 4.1.2 實驗方法 54 4.1.3 實驗結果與討論 55 4.2 接觸面平坦度對有效壓面積之影響 56 4.2.1 壓印模具 56 4.2.2 實驗方法 56 4.2.3 實驗結果與討論 57 4.3 PDMS軟模平行度對滾輪壓印的影響 57 4.3.1 實驗方法 58 4.3.2 實驗結果與討論 58 4.4 刮刀式塗佈探討 59 4.4.1 流動觀察 59 4.4.1.1 實驗方法 59 4.4.1.2 實驗結果與討論 60 4.4.2 塗佈膜厚與量測 60 4.4.2.1 塗佈步驟與參數 60 4.4.2.2 塗佈結果 61 4.5 模具表面抗沾黏處理 61 4.5.1 表面自由能與沾黏問題 62 4.5.2 接觸角量測評估 63 4.5.3 抗沾黏處理 64 4.5.4 抗沾黏測試與結果 64 4.6 本章結論 65 第五章 滾輪微結構壓印成型 5.1 滾輪模具量測 78 5.2 滾輪初步壓印實驗 78 5.2.1 壓印光柵微結構結果 78 5.2.2 壓印微透陣列微結構結果 79 5.2.3 壓印擴散膜微結構結果 80 5.2.4 壓印微奈米結構結果 80 5.3 製程參數對微結構轉寫性的影響 80 5.3.1 氣壓壓力對成形性的影響 81 5.3.2 平台移動速度對成形性的影響 81 5.3.3 成型窗之實驗結果 82 5.3.4 固化時間對成型結構的影響 83 5.3.5 各種不同幾何形狀的脫膜比較 84 5.4 PDMS軟模壓印實驗探討 84 5.4.1 初步實驗 84 5.4.2 壓印充填不足因素探討 85 5.4.3 紫外光阻劑不易固化的改善-基材的改變 86 5.4.4 扭曲變形現象改善Ⅰ-步進曝光與實驗結果 86 5.4.5 扭曲變形現象改善Ⅱ-平台與馬達同步旋轉與結果 87 5.5 本章節論 87 第六章 結論與未來研究方向 6.1 結論 103 6.2 未來研究方向 105 參考文獻 106 附錄A 感壓軟片 110 附錄B 熱滾輪壓印成型探討 1125234581 bytesapplication/pdfen-US滾輪壓印感光阻劑PDMSUV光rollerembossingresistUV lightthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61194/1/ntu-94-R92522720-1.pdf