CN102713751A - 具有微米/纳米图案的注塑成型工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将微米和/或纳米图案植入注塑工具的方法。在第一主要方面中，微米/纳米结构压印设备应用于作用表面之上或之中，以便当压印设备至少部分位于在注塑成型工具的型腔内时，将该微米/纳米图案结构转移给工具。在第二主要方面中，在其上部具有微米/纳米结构化图案的底板定位在该工具内的作用表面上，底板的下部面对该工具，接收该底板的作用表面在宏观范围内为非平面的。这两个方面使得转移这种图案的简单和有效的方式成为可能，并且可以在进行注塑成型之前立即转移该图案到工具的有效工作位置，不需要在进行注塑成型工艺之前进行工具的大量准备或重新安装。

Description

具有微米/纳米图案的注塑成型工具

技术领域

本发明涉及一种将微米和/或纳米图案嵌入注塑成型工具的方法。本发明也涉及一种相应的注塑成型工具。

背景技术

注塑成型的原理显然简单：将融化的聚合物用来注满用于制造零件的模具。实际上，这是具有很多参数的一个复杂工艺。其基本过程是：1)将液态聚合物注射进模型，2)冷却使得该聚合物固化，以及3)将该零件脱模。注塑机把热塑性颗粒或者粒子转变成成品零件。

注模也称为模塑工具，并且通常具有可替换的模腔。因为当模腔用旧时，只需要更换该模腔，这就延长了工具寿命。

纳米结构可能已经在例如蓝光光盘和DVD的生产过程中注塑在2D表面上。不过，所谓自由变形注塑成型的目前结构尺寸限制是大约50μm。一般使用计算机辅助设计(CAD)技术设计自由曲面，并且因为没有由像平面、圆柱、圆锥的表面等等一样的刚性径向坐标作为边界，因此，需要一种在有效50μm极限下能进行模塑构造细节的更先进的注塑技术。

WO 2009/028745(LG电子股份有限公司)公开一种注塑成型装置。该注塑成型装置包括：具有型腔的模子；具有芯表面的芯模，当连接到型腔模子时形成注塑成型的模塑空间；用于加热型腔模或者芯模的加热单元；冷却型腔模或者芯模的冷却单元；以及具有微米或纳米大小的图案形成并设置在模塑空间的内表面上的图案印模。微米或纳米大小的图案形成在注塑成型的表面上，以便具有超级疏水的特性和光学特性，并且复杂结构的微米或者纳米图案可以通过将图案印模设置在模腔里而完成。

但是，该成型装置固有地局限于图案印模是在成型装置外面制备并随后插入成型工具内的专用位置，并且局限于在平面或者简单曲面(像圆柱一样的弯曲面)上形成微米和纳米图案。由于在成型时注塑系统内的高压和/或高温，这反过来也限制了可能获得的图案形状。因此，通过这种方法不容易形成更复杂的形状。因此，由于可获得的形状有限，所公开的方法相当缺乏灵活性。

因此，一种改进的注塑成型工具将是有利的，并且尤其一种更有效和/或可靠的注塑成型工具将是有利的。

发明目的

本发明的再一个目的是提供现有技术之外的另一种选择。

尤其，提供一种解决现有技术上述问题的具有在复杂的几何形状或者在模型的型腔中的所谓自由表面上形成微米和/或纳米图案的注塑成型工具可以被视为一个本发明的目的。

发明内容

因此，上述目的和几个其他目的可以通过在本发明的第一主要方面的一种在注塑成型工具的作用表面之中或之上制造微米/纳米结构图案的方法实现，该方法包括：

提供注塑成型工具；

提供微米/纳米结构压印设备，其具有要被压印到所述工具内的结构；以及

将该压印设备应用于所述作用表面之中或之上，以便当该压印设备至少部分位于在注塑成型工具的型腔内时将所述微米/纳米图案结构转移给所述工具。

本发明特别，但不是专门，有利于提供一种使简单和有效转移图案的方式成为可能的注塑成型工具的微米/纳米图案形成方法。另一个优点是在进行成型工艺之前不需要工具的广泛制备或者重新安装，这种图案能转移到工具的有效工作位置上，即该图案在开模前可立即植入。这有利于在各种新的和/或令人惊讶的领域中应用所成型的零件和/或实现其功能，参照附录1和附录2所列出的这种领域。

在一个实施例中，压印有微米/纳米图案的作用表面可以在宏观范围内是非平面的。宏观范围的概念可能被定义为对象和过程为具有正常视力的人的肉眼可测的和看得见的长度范围。更具体地说，参考下面“定义”段落，宏观范围可暂时规定为大约1毫米(mm)以上的长度。

从数学观点考虑，非平面的概念认为是偏离平面，但是非平面应该更进一步根据宏观范围考虑，即大约1毫米。非平面的更定量的概念在下面“定义”段落内提出。更具体地，被压印微米/纳米图案的作用表面可能被在宏观范围内弯曲，例如是近似圆柱形，圆锥形，或者圆形。

优选的，当注塑工具为组合形式时，上述组合形式准备好，或者基本上准备好用于注塑成型时，可进行压印设备的应用。这可能与其他已有的要求作用表面部与工具本身分开的注塑成型工具的表面图案形成技术有区别。一个例子是WO 2009/028745(LG电子股份有限公司)的方法，其需要一个用于图案形成的可插入印模板。

优选的，微米/纳米图案结构可能永久转移到工具。这可以由例如激光辅助直接压印(LADI)完成。术语“永久”意思是实质上与工具不可分离，和/或该纳米/微米结构构成刀具表面的材料(例如钢)的整体部分。

可选的或者另外的，微米/纳米图案可以直接压印在工具之中，或者之上。这可能需要专用工具和/或表面工具。

可选的，微米/纳米图案可以初始压印在预制层里，预制层随后被处理以形成所需图案。参照下面的详细描述，预制层例如可以是随后电镀的抗蚀剂层，等等。该预制层不必在可插入的印模中压印，因为该过程可以植入到该模具本身。应当指出的是，抗蚀层可以在压印之前被沉积，或者可选的抗蚀层可以附装在压印设备上。可以使用像HSQ一样的混合聚合物作为特别的预制层；在沉积之后，混合聚合物被加热以形成一种多孔玻璃结构。例如可以在注塑成型工具或者在环绕成型系统中使用加热设备进行加热。

有利的是，压印设备可以包括第一和第二型腔，其中在压印设备中通过柔性中间构件分开第一型腔和第二型腔，中间构件包括具有微米/纳米压印图案的印模。另外，这种方法可以还包括将压印设备定位在工具上，以便在第二型腔内形成实质上气密的封闭体，该封闭体至少由相应工具表面和柔性中间构件确定，并且改变第一和第二型腔之间的相对压力，以便通过朝工具表面移动柔性中间构件引起第二型腔的容积下降，从而将微米/纳米图案压印在工具之中或之上。

优选的，压印设备具有容器状的形式，其具有要定位于所述工具上的开口端，该开口端限定出上述相应的工具表面。

此外，密封装置设置在所述压印设备的面对所述要被压印的工具的那一部分上，该密封装置设置成，与该对象表面相结合以提供所述第二腔实质上气密的密封。

在第二主要方面中，本发明提供一种在注塑成型工具的作用表面之中或之上制造微米/纳米图案结构的方法，该方法包括：

提供工具；

提供底板，该底板具有位于上部的微米/纳米结构图案，

将该底板定位在所述工具的该作用表面上，所述底板的下部面对所述工具；以及

固定所述底板在所述工具内的位置，

其中接收该底板的所述作用表面在宏观范围内是非平面的。

本发明特别，但不是专门，有利于提供一种注塑成型工具的微米/纳米图案形成方法，其使在注塑成型工具非平面的表面上简单和有效转移图案的方式成为可能，尤其是对于可不另外具有植入的微米/纳米图案的复杂和/或大型工具。

在一些情况下，可以基本上一次完成定位的步骤和该底板在作用表面上的步骤，例如底板的定位可能最终完成为使得底板的定位固定下来，例如通过底板和/或注塑成型工具的作用表面的塑性变形。

在一个实施例中，压印有微米/纳米图案的作用表面可以在宏观范围内是弯曲的。宏观范围的概念可能被定义为对象和过程为具有正常视力的人的肉眼可测的和看得见的长度范围。更具体地说，参考下面“定义”段落，宏观范围可暂时规定为大约1毫米(mm)以上的长度。被压印微米/纳米图案的作用表面可能被在宏观范围内弯曲，例如是近似圆柱形，圆锥形，或者圆形。

有利的是，该底板可以根据注塑成型工具的作用表面的形状变形，优选以塑性变形即不可逆重新形成板。通常，这个底板可以包括金属，例如钢，铝，镍，等等。

该底板的定位可例如从底板的上部的这一侧作用的相对过压力来实施。优选的，通过与注塑成型工具协同工作的注塑成型系统提供过压力，优选作为一种注塑成型工艺，例如作为该成型工艺的初始运行。

可选的，可通过从底板的该下部的这一侧作用的相对真空进行底板的定位，即抽拉解决方案。

另外的或可选的，底板到作用表面上的定位可通过导向装置辅助进行，例如引导该板定位的轨或者销。

在又一个方面，本发明涉及一种包括在注塑成型工具的作用表面之中或之上的微米/纳米图案结构的注塑成型工具，该结构根据第一主要方面的方法，或者根据第二主要方面的方法来转移。

虽然根据上面的第一和第二主要方面的本发明与一种注塑成型工具有关，可预期的是本发明也可能适用于铸造工具。

本发明的个别的方面(第一和第二主要方面，以及在附录1和附录2中列出的个别方面)可能各自结合任何其它方面。参考所描述的实施例，本发明的这些和其它的方面将从下列描述中可以清楚地看出。

定义

注塑成型可认为至少由三个步骤组成：

1)将液态聚合物注射进入模型，

2)冷却该聚合物使其凝固，以及

3)将零件脱模。

注塑机，简而言之，把热塑性颗粒或者粒子转换成成品模制件。注塑成型的一些例子包括，但是不局限于：

模内装饰和模内层压

注塑-压缩成型

低压注塑成型

层状(微层)注塑成型

微注塑成型

薄膜镶嵌成型

吹塑成型

在本文中，注塑成型工具的作用表面认为是模塑工具的内表面，其将相应形成该模制品或者零件的外表面。作用表面可以位于在通常在注塑成型工具的匹配关系里应用的所谓芯模或者所谓型腔模上。

注塑成型工具的型腔可被定义为形成最终模制件的空间。在本领域内的书面定义也将“型腔”定义为聚合物材料注入的模型内的空间。因此，注塑成型工具在处于封闭模塑构造时限定出型腔或者型腔空间。

在模塑工具中压印图案时，该工具将处于开放的构造。压印设备因此至少部分位于模塑工具的型腔内。当根据本发明的第一和第二主要方面压印时，模塑工具通常将处于开放构造，以容许接触到作用表面。

非平面是在宏观范围内被认为非平面，后者在本发明的上下文中可认为在大约10，50，100，500或者1000微米(μm)以上的范围。

通过非平面表面是指任何一个或多个方向上的曲率半径或者多个曲率半径小于或等于5，8，12，16，或者20米(m)的表面。

表面的曲率半径设定为相应圆半径r。例如硅晶片的平面度通常被设定为通常是5-10μm的总厚度变化(TTV)参数。如果认为TTV是表面的纯弯曲意味着TTV数目表示了晶片各边缘和晶片中心之间的高度差(+/-)——TTV数可以直接与表面的曲率半径有关：

TTV＝r(r²+c²)^0.5

其中，C为硅晶片上的半径。因此对于4英寸硅晶片(大约的，c＝50毫米)125米的曲率半径与TTV＝10μm相对应，并且r＝250米与TTV＝5μm相对应。

关于附录1和2的说明

丹麦专利申请PA 2009 70145(2009年10月2日)以及丹麦专利申请PA 200970228(2009年11月24日)的在先申请构成附录1的基础。

欧洲申请第09174778.2号(2009年11月2日)和美国临时申请第61/257,191号的(2009年11月24日)的在先申请构成附录2的基础，这两个申请相同。

在附录2中涉及的附图以两种方式来使用；

1)参照下面“详细描述”，阐示用于将微米/纳米图案植入注塑成型工具的本发明，并且

2)参考附录2的“实施例详细说明”，阐示以更常规的模式将微米/纳米图案嵌入更多常规的对象，优选形状复杂的对象，的本发明。

附图简述

现在将关于附图更详细描述本发明。附图显示实施本发明的一种方法，并且不被解释为对属于所附的权利要求范围内的其他可能实施例的限制。

图1-17涉及本发明的第一主要方面。

图18-21涉及本发明的第二主要方面。

图1-3为示出根据本发明的第一主要方面的优选实施例的侧视图，

图4为根据本发明压印设备的示意图，

图5为示出根据本发明的密封装置的各种各样实施例，

图6为示出根据本发明两种不同柔性中间构件，

图7-13示意性示出在注塑成型中实施本发明的各种各样实施例，

图14示意性示出根据本发明的柔性压印印模，

图15是本发明应用在注塑成型的插入物中的概念图，

图16为依据本发明方法的流程图，

图17和18根据本发明第二主要方面的总体示意图，

图19和20是根据本发明的实施例的更详细的图，和

图21是依据本发明的方法的流程图。

详细说明

图1为示出本发明的一个优选实施例，即将微米/纳米图案压印在注塑成型工具O之中或者在注塑成型工具O之上的方法的侧视图。压印设备10的形式和结构不局限于该特定形状，而是在本发明的教导和原理的范围内，可以容易地使用很多不同形状和形式的容器或器皿状结构2。在俯视图(即垂直于侧视图)中，压印设备10可以是圆，矩形，二次型，椭圆形，或者适于实施本发明的任何合乎需要的形式。压印设备10可以同样地具有非平面的边缘，其取决于微米/纳米将被压印微米/纳米图案6的注塑成型工具O的具体表面形状。

压印设备10包括第一腔1C和第二腔2C，第一腔和第二腔通过压印设备10内的挠性中间构件5分隔开，中间构件包括具有微米/纳米压印图案6的印模或印模部。压印设备具有容器状形式2，其具有定位在注塑成型工具O上的开口端，参考图2，开口端限定了相应的注塑成型工具表面。

该压印图案或者特征6没有按比例描绘而仅仅显示成表明本发明的原理。应当注意的是图案或者特征6同样地也可以位于在印模或印模部上的突出部顶端，这些突出部在微米/纳米光刻技术中常常被称为平顶结构。

在图2中，压印设备10位于注塑成型工具O上(通过移动注塑成型工具O，和/或，等效的，移动设备10)。设备10位于注塑成型工具O上，以便在第二腔2C内形成实质上不透气的封闭体，该封闭体至少通过腔2C内相应的注塑成型工具表面和柔性中间构件5，并且如图中实施例所示；还有设备10的侧壁10a和10b的一部分来限定。在另一替代的实施例中，构件5可以附着到侧壁10a和10b的最下部分，以使得封闭体仅通过构件5和相应注塑成型工具表面来限定。

在图3中，描述了如何通过向注塑成型工具O的表面移动柔性中间构件5以改变第一腔1C和第二腔2C之间的相对压力而引起第二腔的体积的减少，从而将微米/纳米图案5压印到注塑成型工具中微米/纳米。应当注意的是对于各种各样的应用，微米/纳米图案5可选地压印在注塑成型工具O顶部(不在这里显示)的预制层上，例如光致抗蚀层(紫外线固化或者类似的)，热塑性层，混合聚合物(例如HSQ或Ormocer)，或者适于通过本领域人员熟知的表面改性技术把图案转移到注塑成型工具O上的任何其他中间层。参考下面，结合图7-13给出了一些例子。

在图3中，明显的是，压印设备形成了具有在顶部的第一腔1C，其下的构件5以及第二腔2C的层叠结构，全部三个部件置于注塑成型工具O的上方，虽然由于注塑成型工具O的曲面，注塑成型工具O的一部分可以凸伸入第二腔2C。

从图3示出的实施例中，很显然第一和第二腔之间的相对压力的变化导致第二腔2C的体积减少，并引起第一腔1C体积的相应增长，因为构件5向下移动进行压印。

通常通过在第一腔里增加压力并且同时减少第二腔的压力而进行第一腔1C和第二腔2C之间改变相对压力。可选的，通过持续减少在第二腔2C压力实现该改变。

可以通过本领域人员容易得到和众所周知的各种压力变化装置进行相对压力的变化。因此，在一个实施例中压力改变装置可以与泵(未示出)连接，但是可以包括其他变型以物理手段改变腔的体积，例如移动边/壁，集成活塞，等等。同样，在本发明的教导和原理范围内，例如，能增加或者减少气体容量的加热器，冷却器、化学反应物等集成体积改变装置也可以实施。

在本发明的更进一步的变型中，预期的是第一腔1C包括可以提供施加到构件5上的力的压力提供装置或产生装置，并且相对压力的变化因而可以是第二腔2C降低压力的结果。提供的压力因此应当造成压印构件5相对注塑成型工具O的表面的位移。这样的压力提供装置或产生装置可包括弹簧，弹性装置(橡胶或者聚合物)，致动器(电，气动，液压的)等等。

图4为根据本发明压印设备的示意图。可以利用压印设备10中用于将流体传送到第一和/或第二腔和/或从第一和/或第二腔传送出来的一条或更多流体通道来实施第一腔1C和第二腔2C之间的相对压力的改变。在图4中，分别为第一和第二腔的每个设置一条流体通道，通道40a和通道40b。如在每条通道前面以双箭头示意性表示的那样，通道用于泵送流体，即气体或者液体，进和/或出第一和第二腔，以便通过向注塑成型工具表面移动柔性中间构件5引起第二腔2V的体积的减少，并因此在注塑成型工具(在此未示出)之中或者之上压印微米/纳米图案。

通过控制单元45控制流体流动，并且可以由其控制可选用的加压装置(例如泵或者相似的装置)。

相对压力变化应该考虑到柔性构件5的间隙，即可用的垂直位移，以允许构件到达注塑成型工具的表面。构件5的间隙与构件的机械参数有关，例如刚度和尺寸。

在一个特别的实施例中，可能仅有一个或更多流体通道进入第二腔2C。来自上面(即从第一腔)的压力从不透气封闭体的生产制造时设定，或者如上所述般，在第一腔1C内设置压力提供装置或产生装置。

在侧边10a和10b的下部，密封装置45a和45b设置在压印设备面对要被压印的注塑成型工具O的那一部分上，密封装置45设置成与注塑成型工具表面相结合，以提供第二腔2C的密封以在其中形成一个不透气的封闭体。

图5以示意剖视图示出各种根据本发明密封装置的实施例。

在部件A中，在边缘上设置例如由橡胶制成的弹性部分，其具有半圆形界面，可以容易地适应要被压印的注塑成型工具O的各种复杂形状。

在部件B中，在边缘上设置吸盘，以将该边缘稳固夹紧到要被压印的注塑成型工具O的各种复杂形状上。

在部件C中，在边缘上设置具有半圆截面的流体部，以可以容易地适应要被压印的注塑成型工具O的各种复杂形状并同时在第二腔2C内形成基本上不透气的封闭体。

图6示出根据本发明两个不同的柔性中间构件5。

柔性中间构件5附装在压印设备的内侧，优选沿着整个圆周形成不透气的密封，并因此在构件5之上或之内和/或在设备10内部部件之上存在合适的连接或固定装置(未示出)。连接或者固定装置可以为永久(多次使用)或者暂时的(单次或者很少次使用)。

如图6中所示，上部分，柔性中间构件5通常为聚合物膜，但是也可由其他柔性材料制成，例如薄的硅(Si)晶片。通常，也可以使用像镍合金、钢、铝合金之类的各种材料，最好是相对易变形的材料。也可以是组合物，例如位于可变形聚合基材上的玻璃结构或者金属结构，或具有薄垫片的材料。具有压印图案或者特征6的印模部然后形成在聚合物膜6之上或之中成为膜5整体的一部分。

可选的，印模5b附装到柔性膜5a上，优选可释放地附装到该膜，例如一硅印模5b可以安装在聚合物膜5a上。可选的，聚合物印模5b可以安装于具有所需柔韧性的硅膜或者晶片上。

图7-13示意性示出在注塑模或铸模70中，或者在其部件(例如插入物)中实施本发明的各种实施例。为简化附图，只有中间构件5作为压印设备10的唯一部分被显示。

图7示出所谓的直接压印，其中压印设备(如所述的为简化起见未全部显示)的柔性构件5直接压印到注塑模或铸模的可塑层中。这可以通过加热该模型的相关表面部分或者类似措施而实现。在右边，该图案在该模型中显示。

图8显示一种具有预制层8的纳米压印光刻方法，该预制层8例如为热塑性，热固性，溶胶-凝胶工艺，或者紫外线固化(需要专用紫外线灯，未显示)的聚合物。对于热塑性和热固性层，可以设置例如平台加热器，红外线加热器，高频感应加热器，紫外线照明装置和卤素灯泡或者其他加热设备加热。另外的或可选的，可以加热进入第1和/或第2腔的流体。

图9示意性示出一种图案转移方法，其中聚合物残留被清除且该图案例如被蚀刻进工具/插入件70的表面。

图10示意性示出一种图案转移方法，聚合物的残留被清除以及暴露表面被电镀上金属。在沉积金属的厚度比压印深度厚之前，停止电镀。此后，从工具/插入件70清除聚合物。

图11是一个类似于如图10所示过程的所谓剥离过程(lift-off process)，除了金属是通过蒸镀或溅镀或其他相似的金属沉积工艺而沉积。在剥离过程中，通过在孔内清除保护层并且以某种方式沉积金属层来处理该，以便随后能通过溶解性液体腐蚀保护层的侧壁。从而，在保护层顶部的金属像在业内公知的那样被“剥离”。

图12示意性示出一种电镀方法，其中将压印图案实施到导电聚合物中(或者在压印之后通过金属溅镀将该聚合物制成为导电的)。然后电镀如图所示将该聚合物封装起来。

图13示意性示出一种压印方法，所谓反转纳米光刻压印，其中压印印模5的空隙充满聚合物或者其他合适的材料，在根据图10、11和/或12所述任一方法进行处理后聚合物被置于模子表面上。

在本发明的其他变型中，预期可以通过电镀到根据本发明的表面构造工具70中来制造在注塑成型中使用的垫片。也可以通过在平坦膜片上电镀来制造垫片，平坦膜片折叠或者伸展成符合工具70表面的合适的三维(3D)形状。

图14示意性示出根据本发明的柔性压印构件5。图14示出可用作为构件5的纳米压印印模的实施例的截面图。箭头301表示压印的方向。压印特征905位于平顶结构上。在示出实施例中，压印段904和905与基部或者构件5相结合。因此，在第一压印段904和第二压印段905与基部5之间的分界面21上，第一和第二压印段，通过例如黏合，阳极键合，热熔结合等等任一种结合到基部5上，或者可选的，基部5和压印段可以用单件材料制造，像在这里显示的那样，例如硅或者相似材料的半导体材料。在本实施例中，通过适当设计相对于压印段的厚度T的基部5的厚度t的数值来保证第一和第二压印段904和905在与压印印模1的压印方向大致平行的方向上独立移置的能力。此外应该考虑相对于压印段的间隔距离d的压印段的宽度W。厚度T应该实质上比厚度t大，以便该薄的基部5在压印段904或905周围局部向上弯曲，其中压印段904或905在压印处理期间，由于某些缺陷而相对向上移位。因此，基部5具有膜状结构和功能使得其适于在本发明的上下文内起柔性中间构件5的作用。在WO 2006/026993中可以找到这种特别种类的柔性纳米压印光刻(NIL)印模的详细资料，其通过引用全部结合在此。

图15为本发明应用在注塑成型的插入物中的概念图。本发明包括：

1)通过常规微制造工艺准备的平面微米和纳米结构的母版。

2)由该原始母版制造柔性纳米压印光刻印模，例如类似于如图14所示的印模。

3)注塑成型工具插入件通过喷涂涂上用于纳米压印光刻的聚合物。

4)柔性光刻设备(未示出)用于将柔性光刻印模压印进该自由形状的注塑成型工具插入件上。

5)准备用于电镀纳米结构压印聚合物。

6)注塑成型工具插入件表面通过使用该压印聚合物作为掩膜层进行电镀以形成图案。

7)压印聚合物薄膜用于通过电镀制造纳米结构垫片。采用业内最新的电镀工艺，第一垫片(显示)可以被复制成反转垫片复件(未示出)。

8)纳米结构注塑成型工具或者纳米结构垫片用于一种常规注塑成型工艺。

9)依靠纳米结构而功能化的塑料产品的例子。

图16为根据本发明的用于将微米/纳米图案压印在注塑成型工具O之中或之上的方法的流程图，该方法包括：

-S1提供压印设备10，该压印设备包括第一腔1C和第二腔2C，第一腔和第二腔在压印设备10中通过柔性中间构件5分隔开，中间构件包括具有微米/纳米压印图案6的印模。

-S2提供注塑成型工具O，

-S3将压印设备10定位在注塑成型工具O上，以便在第二腔2C内形成基本上不透气封闭体，封闭体至少通过相应注塑成型工具表面和柔性中间构件5而限定，并且

-S4改变第一腔1C和第二腔2C之间的相对压力，以便通过朝注塑成型工具O表面移动柔性中间构件5引起第二腔2C体积的减少，并因此在注塑成型工具O中或者在注塑成型工具O上压印微米/纳米图案6。

图17和18是根据本发明的第二主要方面的一般示意图。本发明涉及在注塑成型工具110的作用表面制造微米/纳米图案结构的制备方法。应该提及的是，在下面描述的图中仅显示完整模塑工具的一部分。

最初，提供一种注塑成型工具110，其具有作用表面111，即面对被模制部件的表面，以便结构化的微米/纳米大小的图案可以形成在该部件内。可提及的是，必须仔细考虑例如模塑温度，模塑压力，在图案和聚合物之间的粘着力等等模塑参数，以在最终的模制件里获得令人满意的纳米结构化图案，参照On the injection molding of nanostructured polymer surfaces，Pranov等人，PolymerEng.&Sci.2006年2月2日，第160-170页，通过引用将该文全部合并在此。

此外，本发明要求有底板100，该底板具有位于其上部的微米/纳米结构化图案6’。如结合上面的图7-13所说明的那样，该底板100的图案6’，可以通过各种已知的纳/微米光刻标准技术形成，包括但不限于，直接压印，电子束光刻，紫外线光刻，激光干涉光刻，激光光刻，使用预制层(例如抗蚀剂)，使用电镀，使用反转纳米压印光刻，等等。同样必须理解的是，取决于光刻技术，具有图案6’的底板100在插入工具之后需要额外的后处理。底板100主要由相对较薄并基本上均匀的材料部分5’组成。

如图17示意性表示的那样，有效力F表示用于提供朝向作用表面111移动底板100的所需力，该作用表面在宏观范围内为非平面。优选的，接收该底板的作用表面在宏观范围内是弯曲的。

可选的，底板100根据注塑成型工具作用表面111的形状能变形，优选为塑性变形。底板100可以是适于注塑成型条件的钢合金，铝合金，镍合金，铜合金，黄铜合金，各种玻璃等等。本发明的前后文中也可以预期这些材料的各种组合。

图18示意性示出底板100如何移动或者定位到工具110内所期望的作用表面，并且底板面对该工具的下半部分，即该图案，如何从该模型表面指向向外。随后，例如通过微焊接、胶、或者能禁得住注塑成型条件的其他合适的连接手段将该底板在工具110中的位置固定住是有利的。

由和注塑成型工具110协同工作的注塑成型系统(未示出)提供的过压可以使位移变得容易，优选作为一种注塑成型工艺，其中初始成型用来把底板100压进位置，可选的，以专为这种移动或定位目的的方式实施初始成型工艺。

在另一变型中，该底部100的定位是通过从底板下部作用的相对真空来实施的，即一种将该板拉到作用表面111之内或之上的所谓抽拉解决方案，从该底板下部的一侧作用的相对真空来进行底板100的定位。这也会导致有效力F作用在显示的方向上。

可选的，通过导向装置(未示出)协助该底板的定位，例如当力F作用于板100时，合适的轨或者销可以引导该板进入位置。

图19和20为根据本发明的实施例的更具体图示。

I：

工艺的开始是例如铝或者钢之类能变形的材料的薄板。其随后被抛光以获得用于微或纳米大小结构的光滑表面。

II：

在该板上沉积抗蚀剂层；这可以通过旋涂完成。然后利用例如紫外线，电子束、压印等将该结构限定在该抗蚀剂层中。该抗蚀剂然后被显影，从而在抗蚀剂层中形成结构。

III：

可以用来在该插入物上限定该结构的两个选项。1)例如电镀那样的材料沉积；2)通过反应离子腐蚀，湿蚀刻或者溅镀的任一种进行蚀刻。然后抗蚀剂层被剥离形成具有微米或纳米大小结构的板。

IV：

一个由像铝那样的柔软材料制成的插入物，其不能承受和工具钢一样多的注射成型周期。因此该插入物要求有一硬涂层以使其更耐用。这可以通过化学气相沉积(CVD)或者物理气相淀积(PVD)，或者其他相似的表面处理技术来完成以提高耐受性。作为可选的，直接涂上步骤II的已显影抗蚀剂层，并且用于注塑成型。

V：

设计和制造一种注塑成型工具110，具有期望的自由型腔113以及用于插入物的空间。该工具具有用于所示液态聚合物的适合引导部件112。

VI：

板110被弯成工具的形状。这通过把板安置在工具里完成。来自注塑成型机的第一聚合物注射随后将起到液压机的作用，将板110弯曲成工具的形状。另一种方法可以敲打或物理性地将板110压成工具的形状，然后安装它。

VII：

最后，可以开始实际成型工艺即反复注塑成型周期，用于批量生产微米/纳米结构的自由形式零件。

在对钢或者铝(铝，铝合金)的一个可选工艺里，该工艺可以使用镍(镍，镍合金)进行：

1.硅晶片或者玻璃衬底被涂上抗蚀剂，以通过光刻该抗蚀剂形成纳/微米结构，对照上述步骤II。

2.具有抗蚀剂的衬底直接用于电镀工艺以形成镍图案，对照上述II A。

3.可替换的，对于第2点，抗蚀剂被用作掩膜以将结构蚀刻进衬底，然后清除抗蚀剂，对照上述III B。然后在抗蚀剂显影之后可以在形成的图案结构上进行电镀。

图21为依据本发明的用于将微米/纳米图案结构制造在注塑成型工具O之中或之上的方法的流程图，该方法包括：

S1，提供一工具；

S2，提供底板，该底板具有位于其上部的微米/纳米结构化图案；

S3，将该底板定位在工具内的作用表面上，底板的下部面对该工具，并且

S4，固定该底板在该工具内的位置，

其中接收该底板的作用表面在宏观范围内是非平面的。

简而言之，本发明涉及一种将微米和/或纳米图案植入进注塑成型工具的方法。在第一主要方面中，微米/纳米结构压印设备应用于作用表面之上或之中，以便当压印设备至少部分位于在注塑成型工具的型腔内时，将该微米/纳米图案结构转移给工具。在第二主要方面中，在其上部具有微米/纳米结构化图案的底板定位在该工具内的作用表面上，底板的下部面对该工具，接收该底板的作用表面在宏观范围内为非平面的。这两个方面使得转移这种图案的简单和有效的方式成为可能，并且可以在进行注塑成型之前立即转移该图案到工具的有效工作位置，不需要在进行注塑成型工艺之前进行工具的大量准备或重新安装。这可以如图1和17中所例示说明。

尽管本发明是结合特定的实施方式一起描述的，但并不应理解为局限于本实施方式。本发明的范围由所附权利要求所限制。在权利要求中，术语“包括”并不排除其它元件或步骤的存在。同样“一个”、“一”、等并不理解为排除复数含义。权利要求中的关于附图中的元件的附图标记的使用不应该解释为限制本发明的范围。此外，不同的权利要求涉及的各自的特征，可以可能有利地合并起来，并且它们该提及的在不同权利要求中的这些特征并不排除它们的组合是不可行的和不是有益的。

附录1

通过纳米光刻(NIL)形成的功能化表面

现有技术

本发明

这里的目的在于产生在利用纳米结构对表面功能化内覆盖我们想法的一项专利。我们争取创造包括使用纳米压印光刻直接或者间接在大型对象的表面上生成纳米结构的专利，其通过显示能量效率的总的提高，所需材料的削减或者增加这种产品的新功能受益于这些纳米结构。

直接或者间接涉及一个事实，即NIL可以用于使每个飞机翼结构化或者NIL可用于使飞机翼由其制造的铸模纳米结构化。当通过NIL间接形成这种结构时，通常将通过压射成型、铸造或者相似工艺制造该产品，其存在对铸模或者注塑工具进行纳米结构化的机会。可选的，NIL(或者卷对卷NIL)可用于结构化塑料薄膜覆盖层，例如飞机翼。

优选的，我们将以分级的方式对如下内容进行专利化：

1)纳米结构的功能性

2)在某个对象上的纳米结构的功能性

3)直接或者间接通过纳米压印在某种对象上生成的纳米结构的功能性。

关键字是通过使用纳米压印将纳米结构集成到对象的表面上。

专利的主要目的是保护通过使用纳米压印制造微和纳米结构的理念，其中这些结构产生附加的功能，并且对象可以是某些用品。

一个例子：我们将可能以分级的方式对如下内容取得专利权：

1)纳米结构在降低固体/液体界面摩擦(鲨鱼皮结构)的用途

2)纳米结构在降低飞机翼上固体/液体界面摩擦(鲨鱼皮结构)的用途

3)通过直接或者间接使用NIL的纳米结构在降低飞机翼上固体/液体界面摩擦(鲨鱼皮结构)的用途^*

^*直接或者间接涉及一个事实，即NIL可以用于使每个飞机翼结构化或者NIL可用于使飞机翼由其制造的铸模纳米结构化。当通过NIL间接形成这种结构时，通常将通过压射成型、铸造或者存在对铸模或者注塑工具进行纳米结构化的机会的相似工艺制造该产品，或者使用NIL制造使包括上述所有的塑料薄膜结构化的模型。

输入给模型：

1.功能性

固体/液体摩擦减少或者增加(鲨鱼皮结构或者相对的结构)

防雾的性质

抗反射性质

色彩装饰

防尘性(荷花效应)

虹彩性

2.最终产品

飞机

车

船

导弹

上述的部件

风轮机翼

所有塑料对象

所有玻璃纤维对象

光元件，例如眼镜/眼镜和镜头(例如由玻璃或者如聚碳酸酯(PC)或者PPG光学产品中铬-39的聚合物等制造)

3.方法

纳米压印(热NIL，UV-NIL，卷对卷压印或印刷，反转NIL，UV/T-NIL，热模压印，激光辅助直接压印(LADI)，FST，NIL-2-GO，等等)

使用方法来结构化例如铸模和注塑工具等模型。

1、本发明的核心方面

NIL提供了在特定表面上产生微和纳米结构的低成本生产技术。通过利用NIL技术制造“新”产品上结构，这些产品能获得性能或者功能。在这里例证的产品是：飞机和其中的部件，汽车(并且其中的部件)，风轮机的翼，等等。

2、包括现有解决方案简短描述的本发明的一般方面

核心方面是使用NIL的潜能。目前，利用NIL的每个人的正集中于发生在绝对无尘室内的过程，因此自然也集中于在绝对无尘室内制造产品的NIL的使用。很多其他产品能受益于使用纳米结构。我们将可能专利的是，利用NIL有序/受控地结构化对象上具有微和纳米结构的表面，而不是传统上的在绝对无尘室(基于硅片)制造。我们将利用柔性压印技术(FST)和NIL-2-GO技术(NILTP003)能通过纳米结构改进产品。简而言之：本专利处理NIL的使用。

微和纳米结构可以用于色彩装饰，摩擦控制，防雾表面，抗反射表面(与黑色相同)，防尘(荷花效应)，虹彩颜色性质。在所有这些例子中获得改进的效率(摩擦控制)或实现材料的节约(颜色)。

3、本发明解决的问题或者缺点。

如今，微和纳米结构可以通过上色或添加“带有”该结构的塑料膜设置在表面上/内。通过直接压印进表面(或者进入限定曲面构形模型的表面)，以其中与现有的生产方法可集成的一种方式可以直接形成该结构。而且，NIL是使在生产设备中形成大面积微和纳米结构的唯一方式。通过扩大NIL技术的用于平面的结构晶片(硅，玻璃，砷化镓以及类似物)这种目前状态，可以得到微米/纳米结构表面的好处。

4、本发明的主要优势或者任何使用本发明的好处

在现有的生产方法种直接集成表面结构化技术或者作为最后填加步骤。

5、怎样创建本发明的应用或者产品以及如何使用这样的应用或者产品

开始点是使用NILTP001(用于纳米压印光刻的柔性压印)，其可能与NILTP003(NIL-2-GO工具)和NILTP005(NIL-2-GO膜)结合。这些技术允许NIL在非平面和曲面和自由表面使用。这些技术可用于铸造的结构模型或者用于压射成型的工具中的任一个，或者该技术可直接用于图案化产品。

6、谁将是根据本发明的应用或产品的消费者

-飞机或者其部件

-汽车或者其部件

-导弹

-风轮机翼

-等等

附录1示例

1、一种在宏观对象上或其内制备微和/或纳米图案结构的方法，该方法包括：

-提供宏观对象；

-提供纳和/或微米结构的压印印模，其具有直接或者间接在上述对象要压印的结构，并且

-在该宏观对象内或上应用压印印模。

2、根据例子1的所述方法，其中宏观对象的表面或其部件有意是非平面，或弯曲的，或自由形式。

3、根据例子1或者2的所述方法，其中所述压印通过直接热压印完成。

4、根据例子1或者2的所述方法，其中所述压印通过激光器辅助直接压印完成，其包括使用用于加热的激光辐射通过的透明表面。

5、根据例子1或者2的所述方法，其中所述压印直接完成并包括使用一种紫外线敏感聚合物喷涂在该对象上，并且为聚合物的暴露使用紫外线的辐射。

6、根据例子1或者2的所述方法，其中所述压印通过使用压印印模在注塑工具或者铸造模型中间间接完成，并且使用注塑工具或者铸造模型以在对象内形成微和/或纳米结构。

7、根据在前任何一例子的所述方法，其中所述对象是飞机(包括翼在内)，车，船，导弹，风轮机翼，塑料对象，玻璃纤维对象，光元件，优选眼镜，或手表表面，或者其中的部件。

8、根据在前的例子任何所述方法，其中所述微和纳米图案结构应用以便获得：

固体/流体摩擦的减少或者增加(例如鲨鱼皮结构或者相反结构)；

防雾性；

抗反射性；

色彩装饰；

防尘性(例如荷花效应)；

虹彩性；

或者其任何组合。

附录2：

压印方法和用于压印对象的设备

技术领域

本发明涉及用于在对象内或上压印微米/纳米图案的一种方法和相应设备。本发明也涉及一种压印系统。

发明背景

对象上微和纳米结构可以用于改变色彩装饰，摩擦控制，防雾表面，抗反射表面(与黑色颜色相同)，防尘(荷花效应的例如)，虹彩的颜色性质，等等。在所有这些例子中获得改进的效率(例如摩擦控制)或实现材料的最优化(例如无需颜色)。

如今，微和纳米结构可以通过上色或添加“带有”该结构的塑料膜设置在表面上/内。通过直接压印进表面(或间接的；进入限定曲面构形模型的表面)，以其中与现有的生产方法可集成的一种方式可以直接或间接形成该结构。

不过，微米/纳米压印技术的发展至今基本上主要集中于例如硅片的平面和有关的微技术上。这限制了将这些压印技术应用相对专业的领域，而且，这通常必须在专业的绝对无尘室中进行。

美国专利申请2009/0194913公开了适合微米/纳米压印的方法，其将软模，预成型密封膜以及软夹具装置用于弯曲基板的微米/纳米结构压印工艺。该公开的发明的方法可以防止可能由高压气体压力造成的曲面弄碎，并且能获得在整个弯曲基板上平均压印压力分布。这种方法可以在非平面的表面纳米压印内拓展应用范围，特别适合不同的光元件。但是，这种方法需要相对复杂的在基板下面具有与基板本身相同的形状的底部夹具的压印设备。而且因为基板必须安装在压印设备内，因此基板尺寸有一个极限，并且要求真空。这使得该压印设备在弯曲或非平面的基板上的应用相当复杂并在浪费成本。更进一步的缺点是必须使用预成型薄膜，并且明显的只有规则弯曲基板(凸或者凹)可以被压印。

因此，改进压印方法将是有利的，并且尤其一种更有效和/或可靠的压印方法将是有利的。

发明内容

本发明的一个目的是提供现有技术之外的另一种选择。尤其，可以作为本发明的目标以提供解决现有技术的特别复杂和/或昂贵的压印方法解决上述的问题的在对象内/上压印微米/纳米图案的方法。

因此，上述目标和几个其它目标可通过在本发明的第一方面的提供在对象内或上压印微米/纳米图案的方法而取得，该方法包括：

-提供压印设备，该压印设备包括第一腔和第二腔，第一腔和第二腔在压印设备中通过柔性中间构件分隔开，中间构件包括具有微米/纳米压印图案的印模，

-提供对象，

-将压印设备定位在该对象上，以便在第二腔内形成基本上不透气外壳，外壳至少通过相应对象表面和柔性中间构件而限定定，并且

-改变第一腔和第二腔之间的相对压力，以便通过相对该对象表面移动柔性中间构件引起第二腔体积的减少，并因此在该对象里或者在该对象上压印微米/纳米图案。

本发明特别，但不是专门，有利为提供一种微米/纳米压印方法，以致于能以简单和有效方式在对象的非平面表面上压印，特别是以其他方式不可能被压印的复杂和/或大型的对象。特别是，这种方法可以被用于柔性中间膜自身在第一和第二腔之间的改变的相对压力的影响下可以容易适应曲面的形状和形式的曲面上。

因此本发明促进了微米/纳米压印方法以前这种压印在技术上不可行和/或经济上不现实的领域内更广泛的应用的显著的可能性。

简而言之，发明人确信本发明将根本上改变微米/纳米压印的完成方式；由于本发明压印设备位于被压印对象上是可行的，而以前被压印的对象通常必须插入相对复杂的压印设备内，例如在上面描述的美国专利申请2009/0194913。因此，在一些实施例中，本发明可能在一个手提式设备里实施，可选择性用一些连结的和/或标准压力控制系统改变在第一和第二腔之间的相对压力，和/或软化或者硬化压印材料的能量传递的外部设备。

而且，由于压印设备的健壮设计，本发明可有利于在更严酷的条件下使用微米/纳米压印设备，例如在车间或者在生产线上。以前，微米/纳米压印经常必须在高级绝对无尘室条件下的专用实验室内进行。在该微米/纳米压印领域内，技术发展和进步主要致力于这样的绝对无尘室应用。

本发明另外可以使在各种各样形状复杂的型钢上进行微米/纳米压印变得容易，不仅是像半球形，球的部份，凸形部件，凹形部件的规则形状的非平面的形状和形式，因此，本发明也可以应用于具有这种形式和其它不规则形状形式的组合的形状。

更具体的，对象(或者被压印部件自身)的曲率半径，优选曲率半径的最大值，可以是至少1毫米，最好至少10毫米，更优选至少50毫米，最优选是至少100毫米。可选的，对象(或者被压印部件自身)的曲率半径，优选曲率半径的最大值，可以是至少1米，最好至少10米，更优选至少100米。

因此，要压印的对象可以是，飞机(包括翼)，车，船，导弹，风轮机翼，塑料对象，玻璃纤维对象或者手表表面，或者自身部件。

下面非详尽列表的应用和/或产品可能特别相关和有利于适合本发明：

LED

集成光学(包括光子能带间隙结构)

表面能工程

表面兼容性工程

冷却

传热

汽车

有源和无源光学元件

显示器

存储(包括硬盘和光盘)

MEMS

NEMS

抗反射

太阳能电池

光辐射电池

电池

过滤器(粒子过滤器，传记过滤器，滤水器，等等)

TEM窗

量子设备，以及

SERS(表面增强拉曼光谱学)

本发明可以特别用于压印，以获得具有下列特性的微和/或纳米图案结构：

固体/流体摩擦的减少或者增加(例如鲨鱼皮结构或者相反结构)；

防雾性；

抗反射性；色彩装饰；

防尘性(例如荷花效应)；

虹彩性；

或者其任何组合。

本发明的上下文中，应当理解术语“纳米/微米压印”可以涉及具有小于100微米尺寸的压印特征，优选少于50微米或更优选少于25微米。

在一个实施例中，压印设备可具有容器状形式，其具有位于对象上开口端，该开口端限定所述相应的对象表面。

优选的，密封装置设置在压印设备面对要被压印的对象的部分，该密封装置设置成，与该对象表面结合，以提供所述第二腔实质上不透气的密封。这有利于容易改变两个腔之间的相对压力。

第一和第二腔之间的相对压力的改变，引起第二腔内的体积减少，也引起第一腔体积的相应增长，因此，由于中间构件的柔韧性，该体积减少可能等于或者实质上等于第一腔的体积增长。

有利的是，在第一和第二腔之间的相对压力的改变可以通过在第一腔里增加压力，和/或在第二腔里减少压力进行。优选的，最后减少第二腔里的压力，但是压力的连续或者同时变化也是可以的。

在一个实施例中，可以直接在对象上压印微米/纳米图案，即直接光刻，例如在对象上直接热NIL，激光辅助直接压印(LADI)，等等。

在另一个实施例中，可以最初将微米/纳米图案压印在一准备层里，该准备层随后被处理成形成所需图案，即间接光刻；其中对象具有例如光阻层，垫片，等等。

优选的，对象可以是注塑工具或者铸造模型，或者例如嵌件等等自身部件。请参阅各种各样的应用和/或特性的上述列表，其可有益地通过根据本发明的具有微米/纳米图案的工具或模型而实现。

在第二方面，本发明涉及一种用于在关联的对象内或上压印微米/纳米图案的压印设备，该设备包括：

-包括第一和第二腔的印模保持架，和

-在压印设备内分隔第一腔和第二腔的柔性中间构件，该柔性中间构件包括具有微米/纳米压印图案的印模，

其中该设备当定位在对象上时能在第二腔内形成实质上不透气的外壳，所述体积至少通过相应对象表面和中间构件限定，以及

其中该设备被设置成，用于改变第一和第二腔之间的相对压力，以便通过朝对象表面移动柔性中间构件引起第二腔体积的减少，并因此在对象内或上压印微米/纳米图案。

根据本发明的这个方面特别，但不是专门，有利于为提供一种能以简单和有效方式在对象的非平面表面上微米/纳米压印的压印设备，特别适合大型物体。特别是，至少30厘米，至少60厘米或者至少100厘米的大小或者最大尺寸的大型对象。

优选的，柔性中间构件可以附在压印设备的内部的边侧上，更优选沿着整个周围以形成不透气的密封。

压印设备可具有为聚合物膜的柔性中间构件，尤其用于一次性使用。可选择的，该印模可形成在聚合物膜内或者其上。可选的或另外的，然后该印模可附着于该柔性膜，优选可释放地附着于该膜，例如硅印模安装在聚合物膜上或者聚合物印模安装在硅晶片或者膜上。

有利的是，一条或更多流道可设置在压印设备中用于运送流体进入第一和/或第二腔或从第一和/或第二腔流出，虽然相对压力的变化可能是e。

在一个有利的实施例中，该构件的印模端口可以包括与底座结合起来的第一和第二压印部，其中第一和第二压印部在基本上与该印模的压印方向平行的方向上机械地弱连接。另外，在基本上与该印模的压印方向平行的方向上，第一和第二压印部的有效弯曲强度实质上可比底座的有效弯曲强度大。

在一个实施例中，当设备定位在物体上时，第一腔可置于第二腔上方，以提供柔性中间构件的更容易的位移。

在第三方面，本发明涉及用于在相关联对象内或上压印微米/纳米图案的压印系统，系统包括根据第二方面的压印设备，并且还包括：

-控制单元；和

-适用于连接控制单元和设备的输入/输出装置；其中控制单元适用于通过输入/输出装置依据对计算机产生的控制命令和/或从压印设备返回的一种或更多物理性能的测量控制压印设备。根据本发明的这个方面特别的，但不是专门，有利的，因为与至今可用的传统压印的系统相比较，该压印系统可能相对简单和/或制造和/或应用相对便宜。

本发明的第1，2和第3个方面可以各自结合任何其它方面。本发明的这些和其它的方面将从中可以清楚地看出并且通过在下文描述的实施例阐明。

附图简述

现在将关于附图更详细描述本发明。附图显示实施本发明的一种方法，并且不被解释为对属于所附的权利要求范围内的其他可能实施例的限制。

图1-3为示出根据本发明的第一主要方面的优选实施例的侧视图，

图4为根据本发明压印设备的示意图，

图5为示出根据本发明的密封装置的各种各样实施例，

图6为示出根据本发明两种不同柔性中间构件，

图7-13示意性示出在注塑成型中实施本发明的各种实施例，

图14示意性示出根据本发明的柔性压印印模，

图15是本发明应用在注塑成型的插入物中的概念图，以及

图16为依据本发明方法的流程图。

实施例详细描述

图1为示出本发明的一个优选实施例，即将微米/纳米图案压印在对象O之中或者在对象O之上的方法的侧视图。压印设备10的形式和结构不局限于该特定形状，而是在本发明的教导和原理的范围内，可以容易地使用很多不同形状和形式的容器或器皿状结构2。在俯视图(即垂直于侧视图)中，压印设备10可以是圆，矩形，二次型，椭圆形，或者适于实施本发明的任何合乎需要的形式。压印设备10可以同样地具有非平面的边缘，其取决于微米/纳米将被压印微米/纳米图案6的对象O的具体表面形状。

压印设备10包括第一腔1C和第二腔2C，第一腔和第二腔通过压印设备10内的挠性中间构件5分隔开，中间构件包括具有微米/纳米压印图案6的印模或印模部。压印设备具有容器状形式2，其具有定位在对象O上的开口端，参考图2，开口端限定了相应的对象表面。

该压印图案或者特征6没有按比例描绘而仅仅显示成表明本发明的原理。应当注意的是图案或者特征6同样地也可以位于在印模或印模部上的突出部顶端，这些突出部在微米/纳米光刻技术中常常被称为平顶结构。

在图2中，压印设备10位于对象O上(通过移动对象O，和/或，等效的，移动设备10)。设备10位于对象O上，以便在第二腔2C内形成实质上不透气的封闭体，该封闭体至少通过腔2C内相应的对象表面和柔性中间构件5，并且如图中实施例所示；还有设备10的侧壁10a和10b的一部分来限定。在另一替代的实施例中，构件5可以附着到侧壁10a和10b的最下部分，以使得封闭体仅通过构件5和相应对象表面来限定。

在图3中，描述了如何通过向对象O的表面移动柔性中间构件5以改变第一腔1C和第二腔2C之间的相对压力而引起第二腔的体积的减少，从而将微米/纳米图案5压印到对象中微米/纳米。应当注意的是对于各种各样的应用，微米/纳米图案5可选地压印在对象O顶部(不在这里显示)的预制层上，例如光致抗蚀层(紫外线固化或者类似的)，热塑性层，混合聚合物(例如HSQ或Ormocer)，或者适于通过本领域人员熟知的表面改性技术把图案转移到对象O上的任何其他中间层。参考下面，结合图7-13给出了一些例子。

在图3中，明显的是，压印设备形成了具有在顶部的第一腔1C，其下的构件5以及第二腔2C的层叠结构，全部三个部件置于对象O的上方，虽然由于对象O的曲面，对象O的一部分可以凸伸入第二腔2C。

从图3示出的实施例中，很显然第一和第二腔之间的相对压力的变化导致第二腔2C的体积减少，并引起第一腔1C体积的相应增长，因为构件5向下移动进行压印。

通常通过在第一腔里增加压力并且同时减少第二腔的压力而进行第一腔1C和第二腔2C之间改变相对压力。可选的，通过持续减少在第二腔2C压力实现该改变。

可以通过本领域人员容易得到和众所周知的各种压力变化装置进行相对压力的变化。因此，在一个实施例中压力改变装置可以与泵(未示出)连接，但是可以包括其他变型以物理手段改变腔的体积，例如移动边/壁，集成活塞，等等。同样，在本发明的教导和原理范围内，例如，能增加或者减少气体容量的加热器，冷却器、化学反应物等集成体积改变装置也可以实施。

在本发明的更进一步的变型中，预期的是第一腔1C包括可以提供施加到构件5上的力的压力提供装置或产生装置，并且相对压力的变化因而可以是第二腔2C降低压力的结果。提供的压力因此应当造成压印构件5相对对象O的表面的位移。这样的压力提供装置或产生装置可包括弹簧，弹性装置(橡胶或者聚合物)，致动器(电，气动，液压的)等等。

图4为根据本发明压印设备的示意图。可以利用压印设备10中用于将流体传送到第一和/或第二腔和/或从第一和/或第二腔传送出来的一条或更多流体通道来实施第一腔1C和第二腔2C之间的相对压力的改变。在图4中，分别为第一和第二腔的每个设置一条流体通道，通道40a和通道40b。如在每条通道前面以双箭头示意性表示的那样，通道用于泵送流体，即气体或者液体，进和/或出第一和第二腔，以便通过向对象表面移动柔性中间构件5引起第二腔2V的体积的减少，并因此在对象(在此未示出)之中或者之上压印微米/纳米图案。

通过控制单元45控制流体流动，并且可以由其控制可选用的加压装置(例如泵或者相似的装置)。

相对压力变化应该考虑到柔性构件5的间隙，即可用的垂直位移，以允许构件到达对象的表面。构件5的间隙与构件的机械参数有关，例如刚度和尺寸。

在一个特别的实施例中，可能仅有一个或更多流体通道进入第二腔2C。来自上面(即从第一腔)的压力从不透气封闭体的生产制造时设定，或者如上所述般，在第一腔1C内设置压力提供装置或产生装置。

在侧边10a和10b的下部，密封装置45a和45b设置在压印设备面对要被压印的对象O的那一部分上，密封装置45设置成与对象表面相结合，以提供第二腔2C的密封以在其中形成一个不透气的封闭体。

图5以示意剖视图示出各种根据本发明密封装置的实施例。

在部件A中，在边缘上设置例如由橡胶制成的弹性部分，其具有半圆形界面，可以容易地适应要被压印的对象O的各种复杂形状。

在部件B中，在边缘上设置吸盘，以将该边缘稳固夹紧到要被压印的对象O的各种复杂形状上。

在部件C中，在边缘上设置具有半圆截面的流体部，以可以容易地适应要被压印的对象O的各种复杂形状并同时在第二腔2C内形成基本上不透气的封闭体。

图6示出根据本发明两个不同的柔性中间构件5。

柔性中间构件5附装在压印设备的内侧，优选沿着整个圆周形成不透气的密封，并因此在构件5之上或之内和/或在设备10内部部件之上存在合适的连接或固定装置(未示出)。连接或者固定装置可以为永久(多次使用)或者暂时的(单次或者很少次使用)。

如图6中所示，上部分，柔性中间构件5通常为聚合物膜，但是也可由其他柔性材料制成，例如薄的硅(Si)晶片。具有压印图案或者特征6的印模部然后形成在聚合物膜6之上或之中成为膜5整体的一部分。

可选的，印模5b附装到柔性膜5a上，优选可释放地附装到该膜，例如一硅印模5b可以安装在聚合物膜5a上。可选的，聚合物印模5b可以安装于具有所需柔韧性的硅膜或者晶片上。

图7-13示意性示出在注塑模或铸模70中，或者在其部件(例如插入物)中实施本发明的各种实施例。为简化附图，只有中间构件5作为压印设备10的唯一部分被显示。

图7示出所谓的直接压印，其中压印设备(如所述的为简化起见未全部显示)的柔性构件5直接压印到注塑模或铸模的可塑层中。这可以通过加热该模型的相关表面部分或者类似措施而实现。在右边，该图案在该模型中显示。

图8显示一种具有预制层8的纳米压印光刻方法，该预制层8例如为热塑性，热固性，溶胶-凝胶工艺，或者紫外线固化(需要专用紫外线灯，未显示)的聚合物。对于热塑性和热固性层，可以设置例如平台加热器，红外线加热器，高频感应加热器，紫外线照明装置和卤素灯泡或者其他加热设备加热。另外的或可选的，可以加热进入第1和/或第2腔的流体。

图9示意性示出一种图案转移方法，其中聚合物残留被清除且该图案例如被蚀刻进工具/插入件70的表面。

图10示意性示出一种图案转移方法，聚合物的残留被清除以及暴露表面被电镀上金属。在沉积金属的厚度比压印深度厚之前，停止电镀。此后，从工具/插入件70清除聚合物。

图11是一个类似于如图10所示过程的所谓剥离过程(lift-off process)，除了金属是通过蒸镀或溅镀或其他相似的金属沉积工艺而沉积。在剥离过程中，通过在孔内清除保护层并且以某种方式沉积金属层来处理该，以便随后能通过溶解性液体腐蚀保护层的侧壁。从而，在保护层顶部的金属像在业内公知的那样被“剥离”。

图12示意性示出一种电镀方法，其中将压印图案实施到导电聚合物中(或者在压印之后通过金属溅镀将该聚合物制成为导电的)。然后电镀如图所示将该聚合物封装起来。

图13示意性示出一种压印方法，所谓反转纳米光刻压印，其中压印印模5的空隙充满聚合物或者其他合适的材料，在根据图10、11和/或12所述任一方法进行处理后聚合物被置于模子表面上。

在本发明的其他变型中，预期可以通过电镀到根据本发明的表面构造工具70中来制造在注塑成型中使用的垫片。也可以通过在平坦膜片上电镀来制造垫片，平坦膜片折叠或者伸展成符合工具70表面的合适的三维(3D)形状。

图14示意性示出根据本发明的柔性压印构件5。图14示出可用作为构件5的纳米压印印模的实施例的截面图。箭头301表示压印的方向。压印特征905位于平顶结构上。在示出实施例中，压印段904和905与基部或者构件5相结合。因此，在第一压印段904和第二压印段905与基部5之间的分界面21上，第一和第二压印段，通过例如黏合，阳极键合，热熔结合等等任一种结合到基部5上，或者可选的，基部5和压印段可以用单件材料制造，像在这里显示的那样，例如硅或者相似材料的半导体材料。在本实施例中，通过适当设计相对于压印段的厚度T的基部5的厚度t的数值来保证第一和第二压印段904和905在与压印印模1的压印方向大致平行的方向上独立移置的能力。此外应该考虑相对于压印段的间隔距离d的压印段的宽度W。厚度T应该实质上比厚度t大，以便该薄的基部5在压印段904或905周围局部向上弯曲，其中压印段904或905在压印处理期间，由于某些缺陷而相对向上移位。因此，基部5具有膜状结构和功能使得其适于在本发明的上下文内起柔性中间构件5的作用。在WO 2006/026993中可以找到这种特别种类的柔性纳米压印光刻(NIL)印模的详细资料，其通过引用全部结合在此。

图15为本发明应用在注塑成型的插入物中的概念图。本发明包括：

1)通过常规微制造工艺准备的平面微米和纳米结构的母版。

2)由该原始母版制造柔性纳米压印光刻印模，例如类似于如图14所示的印模。

3)注塑成型工具插入件通过喷涂涂上用于纳米压印光刻的聚合物。

4)柔性光刻设备(未示出)用于将柔性光刻印模压印进该自由形状的注塑成型工具插入件上。

5)准备用于电镀纳米结构压印聚合物。

6)注塑成型工具插入件表面通过使用该压印聚合物作为掩膜层进行电镀以形成图案。

7)压印聚合物薄膜用于通过电镀制造纳米结构垫片。采用业内最新的电镀工艺，第一垫片(显示)可以被复制成反转垫片复件(未示出)。

8)纳米结构注塑成型工具或者纳米结构垫片用于一种常规注塑成型工艺。

9)依靠纳米结构而功能化的塑料产品的例子。

图16为根据本发明的用于将微米/纳米图案压印在对象O之中或之上的方法的流程图，该方法包括：

-S1提供压印设备10，该压印设备包括第一腔1C和第二腔2C，第一腔和第二腔在压印设备10中通过柔性中间构件5分隔开，中间构件包括具有微米/纳米压印图案6的印模。

-S2提供对象O，

-S3将压印设备10定位在对象O上，以便在第二腔2C内形成基本上不透气封闭体，封闭体至少通过相应对象表面和柔性中间构件5而限定，并且

-S4改变第一腔1C和第二腔2C之间的相对压力，以便通过朝对象O表面移动柔性中间构件5引起第二腔2C体积的减少，并因此在对象O中或者在对象O上压印微米/纳米图案6。

尽管本发明是结合特定的实施方式一起描述的，但并不应理解为局限于本实施方式。本发明的范围由所附权利要求所限制。在权利要求中，术语“包括”并不排除其它元件或步骤的存在。同样“一个”、“一”、等并不理解为排除复数含义。权利要求中的关于附图中的元件的附图标记的使用不应该解释为限制本发明的范围。此外，不同的权利要求涉及的各自的特征，可以可能有利地合并起来，并且它们该提及的在不同权利要求中的这些特征并不排除它们的组合是不可行的和不是有益的。

简而言之，本发明涉及一种用于将微米/纳米图案压印在对象(O)中或上的方法和设备(10)。该压印设备，包括第一(1C)以及第二腔(2C)，第一和第二腔在压印设备中被柔性中间构件(5)分隔开，柔性中间构件(5)包括具有微米/纳米压印图案(6)的印模。压印设备设置在对象上，以便形成在第二腔内形成一个实质上不透气的外壳，然后改变在第一和第二腔之间的相对压力，以便通过相对对象表面移动柔性中间构件引起在第二腔的体积的减少，从而因此在对象中或者在对象上压印微米/纳米图案。这能使以简单和有效方式在对象的非平面表面上压印，特别是以其他方式可能不能被压印的复杂和/或大型对象。特别是，这可以被用于柔性中间膜可能容易适应曲面的形状和形式的曲面。如图3所示。

附录2的示例

1、一种用于将微米/纳米图案压印在对象内或上的方法，该方法包括：

-提供压印设备，该压印设备包括第一腔和第二腔，第一腔和第二腔在压印设备中通过柔性中间构件分隔开，中间构件包括具有微米/纳米压印图案的印模，

-提供对象，

-将压印设备定位在该对象上，以便在第二腔内形成基本上不透气外壳，外壳至少通过相应对象表面和柔性中间构件而限定定，以及

-改变第一腔和第二腔之间的相对压力，以便通过相对该对象表面移动柔性中间构件引起第二腔体积的减少，并因此在该对象里或者在该对象上压印微米/纳米图案。

2、根据例子1的所述方法，压印设备可具有像容器一样的形式，其具有位于工具上的开口端，该开口端限定上述相应对象表面

3、根据例子1或2的所述方法，密封装置设置在压印设备面对要被压印的对象的部分，该密封装置设置成，与该对象表面结合，以提供所述第二腔实质上不透气的密封。

4、根据例子1的所述方法，其中在第一和第二腔之间的相对压力的改变，以便引起减少第二腔的体积减少也引起第一腔的体积相应的增长。

5、根据例子1或3的所述方法，其中通过增加第一腔压力和/或减少第二腔压力来改变第一和第二腔之间的相对压力。

6、根据例子1的所述方法，其中微米/纳米图案直接压印在对象上。

7、根据例子1的所述方法，其中微米/纳米图案最初压印在准备层，准备层后来被处理形成所需图案。

8、根据例子1的所述方法，其中对象是注塑工具或铸造模型，或者其自身部件。

9、一种用于在关联的对象内或上压印微米/纳米图案的压印设备，该设备包括：

-包括第一和第二腔的印模保持架，和

-在压印设备内分隔第一腔和第二腔的柔性中间构件，该柔性中间构件包括具有微米/纳米压印图案的印模，

其中该设备当定位在对象上时能在第二腔内形成实质上不透气的外壳，所述体积至少通过相应对象表面和中间构件限定，以及

其中该设备被设置成，用于改变第一和第二腔之间的相对压力，以便通过朝对象表面移动柔性中间构件引起第二腔体积的减少，并因此在对象内或上压印微米/纳米图案。

10、根据例子9的压印设备，其中柔性中间构件连接带压印设备内部的边上。

11、根据例子9的压印设备，其中柔性中间构件是聚合物膜。

12、根据例子11的压印设备，其中所述印模形成在聚合物膜内或其上。

13、根据例子9的压印设备，其中所述印模附着在该柔性薄膜上，优选可释放地附着到该膜。

14、根据例子9的压印设备，其中一条或更多流道设置在压印设备中用于运送流体进入第一和/或第二腔或从第一和/或第二腔流出。

15、根据例子9的压印设备，印模包括与底座结合起来的第一和第二压印部，其中第一和第二压印部在基本上与该印模的压印方向平行的方向上机械弱连接。

16、根据例子15的压印设备，在基本上与该印模的压印方向平行的方向上，第一和第二压印部的有效弯曲强度实质上可比底座的有效弯曲强度大。

17、根据例子9的压印设备，当该设备位于对象上时，第一腔置于第二腔上方。

18、一种用于在相关联对象内或上压印微米/纳米图案的压印系统，该系统包括根据例子9的压印设备，并且还包括：

-控制单元；和

-适用于连接控制单元和设备的输入/输出装置；其中控制单元适用于通过输入/输出装置依据对计算机产生的控制命令和/或从压印设备返回的一种或更多物理性能的测量控制压印设备。

Claims (20)

1.一种在注塑成型工具的作用表面之中或之上制造微米/纳米结构图案的方法，该方法包括：

提供注塑成型工具；

提供微米/纳米结构压印设备，其具有要被压印到所述工具内的结构；以及

将该压印设备应用于所述作用表面之中或之上，以便当该压印设备至少部分位于在注塑成型工具的型腔内时将所述微米/纳米图案结构转移给所述工具。

2.根据权利要求1所述的方法，其中压印所述微米/纳米图案的所述作用表面在宏观范围内是非平面的。

3.根据权利要求1或者2所述的方法，其中压印所述微米/纳米图案的所述作用表面在宏观范围内是弯曲的。

4.根据权利要求1所述的方法，当注塑成型工具为组装形式时，上述组装形式准备好，或者基本上准备好用于注塑成型时，进行压印设备的应用。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述微米/纳米图案结构永久转移给该工具。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述微米/纳米图案被直接压印在工具之中或者之上。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述微米/纳米图案最初被压印在预制层里，所述预制层随后被处理以形成所期望的图案。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述压印设备包括第一和第二腔，第一和第二腔在所述压印设备中被柔性中间构件分隔开，该柔性中间构件包括具有微米/纳米压印图案的印模。

9.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括：

将所述压印设备定位在所述工具上，以便在第二型腔内形成实质上气密的封闭体，该封闭体至少由相应工具表面和所述柔性中间构件来界定，并且，

改变所述第一和第二腔之间的相对压力，以便通过朝所述工具表面移动所述柔性中间构件引起所述第二腔的容积下降，从而将所述微米/纳米图案压印在工具之中或之上。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述压印设备具有容器状的形式，其具有要定位于所述工具上的开口端，该开口端限定出上述相应的工具表面。

11.根据权利要求8所述的方法，其中密封装置设置在所述压印设备的面对所述要被压印的工具的那一部分上，该密封装置设置成，与该工具表面相结合以提供所述第二腔实质上气密的密封。

12.一种在注塑成型工具的作用表面之中或之上制造微米/纳米图案结构的方法，该方法包括：

提供工具；

提供底板，该底板具有位于上部的微米/纳米结构图案，

将该底板定位在所述工具的该作用表面上，所述底板的下部面对所述工具；以及

固定所述底板在所述工具内的位置，

其中接收该底板的所述作用表面在宏观范围内是非平面的。

13.根据权利要求12所述的方法，其中接收该底板的所述作用表面在宏观范围为弯曲的。

14.根据权利要求12所述的方法，其中该底板能根据注塑工具的作用表面的形状而变形，优选通过塑性变形。

15.根据权利要求12所述的方法，其中该底板包括金属。

16.根据权利要求12所述的方法，其中该底板的定位是通过从底板上部的这一侧作用的相对过压力来完成。

17.根据权利要求16所述的方法，其中通过与所述注塑成型工具协同工作的注塑系统提供过压力，优选作为一种注塑成型工艺。

18.根据权利要求12所述的方法，其中该底板的定位是通过从所述底板下部的这一侧作用的相对真空来完成。

19.根据权利要求12所述的方法，其中所述底板的定位通过导向装置辅助完成。

20.一种注塑成型工具，其包括在该注塑工具作用表面之中或之上的微米/纳米图案结构，该结构根据如权利要求1所述的方法，或者根据如权利要求12所述的方法来转移。

Images