用于制備、著墨和安裝用于微接觸印刷的壓模的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種制備用于微接觸印刷的圖案化微接觸印刷壓模的方法，其包括制備例如環(huán)氧樹(shù)脂的次母模，聚二甲基硅氧烷或其它壓模形成材料的微接觸印刷壓?？傻挚恐龃文改Ｐ纬?。在所述微接觸印刷壓模仍抵靠著所述次母模的同時(shí)，所述微接觸印刷壓?？呻S后暴露于著墨材料，從而得到在所述著墨材料耗盡之前能夠進(jìn)行多次壓印的微接觸印刷壓模。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于制備、著墨和安裝用于微接觸印刷的壓模的方法
[0001]本發(fā)明涉及用于微接觸印刷中的壓模的制備和安裝。
【背景技術(shù)】
[0002]已知采用高分辨率微接觸印刷在柔性卷材上制備細(xì)微圖案。通過(guò)微接觸印刷生成的制品的獨(dú)特特性之一是，所述工藝能夠產(chǎn)生的小尺度特征適用于電子工業(yè)中。具體地講，可在大面積上制備用線(xiàn)寬小于10微米的線(xiàn)構(gòu)造的圖案，所述線(xiàn)具有高的光學(xué)傳輸能力和相對(duì)高的電導(dǎo)率。這種小線(xiàn)寬尺寸，以及線(xiàn)的低密度通過(guò)微接觸印刷壓模的非常細(xì)微的圖案化實(shí)現(xiàn)，以制備適用于觸摸屏的材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]通常通過(guò)以下步驟制備微接觸印刷壓模:首先通常通過(guò)平板印刷工藝制備母模，將PDMS分配到所述母模上，固化所述PDMS和從所述母模取下完成的壓模?；诠庵驴刮g劑的母模的非常敏感的本質(zhì)為它們的處理帶來(lái)了顯著的挑戰(zhàn)，因?yàn)閹缀醣┞队谌魏稳軇┒紩?huì)損壞圖案。
[0004]微接觸印刷的一個(gè)重要關(guān)注方面是可變形壓模的有限的尺寸穩(wěn)定性，因?yàn)閷?duì)壓模的處理導(dǎo)致壓模變形和后續(xù)印刷圖案與預(yù)期設(shè)計(jì)的偏差。其它難題涉及著墨材料的本質(zhì)和用于將著墨材料遞送至壓模表面的機(jī)構(gòu)?；旧?，微接觸印刷壓模中的著墨材料本體位于遠(yuǎn)離印刷表面處并在印刷過(guò)程中擴(kuò)散至印刷表面。著墨材料通常是硫醇，所述硫醇溶解于溶劑中或作為純的液體?；旧希魏涡问降闹牧贤ㄟ^(guò)在壓模從母模取下之后沉積在壓模的印刷表面上被施加至壓模。
[0005]用壓模印刷減小了在壓模的表面上的著墨材料的濃度并使得材料從壓模本體擴(kuò)散至印刷表面。在若干次印刷之后，壓模內(nèi)部的印刷材料的供給用盡，印刷停止。因此，重要的是，使得可能的最多量的著墨材料遍及壓模擴(kuò)散。
[0006]現(xiàn)在已經(jīng)確定在壓模仍與母模接觸的同時(shí)可將著墨材料施加至壓模。另外，還確定可制備次母模并將其用于微接觸印刷壓模的制備中，并且可替代性地，著墨材料在壓模仍與次母模接觸的同時(shí)施加至壓模。還確定，壓模厚度和著墨材料施加至壓模的時(shí)間可優(yōu)化為使所述壓模產(chǎn)生最大次數(shù)的可用印刷。
[0007]本發(fā)明的實(shí)施例具有一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在壓模被母模(或替代性地被次母模)支承的同時(shí)為壓模著墨允許壓模在著墨材料擴(kuò)散到壓模中的同時(shí)抵抗微小但值得注意的尺寸變化。在著墨過(guò)程中使用犧牲的次母模允許再使用母模制備另外的次母模。此外，在壓模仍被母?；虼文改ＶС械耐瑫r(shí)將壓模施加至例如印刷卷筒允許壓模在施加過(guò)程中抵抗通過(guò)壓模和卷筒之間的小卻值得注意的接觸力引起的變形。另外，選擇壓模的合適的厚度優(yōu)化了可通過(guò)壓模產(chǎn)生的印刷次數(shù)。這樣降低了使用本發(fā)明的壓模的花費(fèi)，因?yàn)樗鼈儾恍枰?jīng)常更換。目前，還沒(méi)有完全理解壓?？僧a(chǎn)生的印刷次數(shù)不隨著其厚度線(xiàn)性地變化的原因。然而，能夠進(jìn)行超過(guò)2000次壓印的壓模的制備提供了極大的經(jīng)濟(jì)效率。
[0008]在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種制備用于微接觸印刷的圖案化微接觸印刷壓模的方法，包括:提供所需的圖案的母模；將壓模形成材料施加至所述母模；硬化所述壓模形成材料以形成微接觸印刷壓模；以及在所述微接觸印刷壓模仍與所述母模接觸的同時(shí)將所述微接觸印刷壓模暴露于著墨材料。
[0009]在第二方面，本發(fā)明提供了一種制備用于微接觸印刷的圖案化微接觸印刷壓模的方法，包括:提供所需的圖案的母模；將負(fù)圖案制備材料施加至所述母模以獲得所述所需的圖案的負(fù)圖案；從所述負(fù)圖案制備次母模；將壓模形成材料施加至所述次母模；硬化所述壓模形成材料以形成微接觸印刷壓模；以及在所述壓模仍然抵靠著所述次母模的同時(shí)將所述微接觸印刷壓模暴露于著墨材料。
[0010]除非本文明確定義，用來(lái)描述本發(fā)明實(shí)施例的術(shù)語(yǔ)應(yīng)理解為具有與本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所賦予其的相同的含義。具體地講，如本文所用，微接觸印刷意指這樣一種軟平板印刷形式，其使用壓模上的浮雕圖案以通過(guò)保形接觸在基底的表面上形成著墨材料的自組裝單層的圖案。微接觸印刷壓模是一種具有隆起的壓模特征的構(gòu)件，所述隆起的壓模特征的接觸表面的至少一個(gè)尺寸具有小于20、10或5微米的寬度。在許多實(shí)施例中，微接觸印刷壓模具有用以印刷電路圖案的多根隆起的線(xiàn)，并且所述隆起的線(xiàn)和所得印刷跡線(xiàn)的寬度小于20、10或5微米。
[0011 ]自組裝單層是指附著(如通過(guò)化學(xué)鍵)在表面上并相對(duì)于該表面采用優(yōu)選取向的單層分子。已顯示的是，自組裝單層如此完全地覆蓋表面以致改變?cè)摫砻娴奶匦?。例如，?yīng)用自組裝單層可引起表面能降低。
[0012]光致抗蝕劑意指在諸如光刻和光鏤的工業(yè)過(guò)程中使用的光敏材料，以在表面上形成圖案化涂層。光致抗蝕劑分為兩組:正抗蝕劑和負(fù)抗蝕劑。正抗蝕劑是這樣一種類(lèi)型的光致抗蝕劑，其中暴露于光的光致抗蝕劑部分變得可溶于光致抗蝕劑顯影劑。未暴露的光致抗蝕劑部分保持不溶于光致抗蝕劑顯影劑。
[0013]負(fù)抗蝕劑是這樣一種類(lèi)型的光致抗蝕劑，其中暴露于光的光致抗蝕劑部分變得不溶于光致抗蝕劑顯影劑。光致抗蝕劑的未暴露的部分被光致抗蝕劑顯影劑溶解。
[0014]一旦考慮了包括“【具體實(shí)施方式】”、“實(shí)例”和“所附權(quán)利要求書(shū)”在內(nèi)的本公開(kāi)其余部分，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員即會(huì)更全面了解本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]在本發(fā)明實(shí)施例的描述中參照各種附圖，其中所描述實(shí)施例的特征結(jié)構(gòu)由附圖標(biāo)記指示，類(lèi)似的附圖標(biāo)記指示類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，其中:
[0016]圖1是在母模的制備過(guò)程中在母模上具有所需圖案的階段的側(cè)視圖；
[0017]圖2是在母模上具有浮雕圖案的稍后的階段的側(cè)視圖；
[0018]圖3是在針對(duì)形成母模負(fù)圖案的制備中，布置在托盤(pán)中的圖2的母模的透視側(cè)視圖；
[0019]圖4是在添加用于形成負(fù)圖案的材料之后，沿著圖3中的剖面線(xiàn)4-4截取的圖3的托盤(pán)的剖視側(cè)視圖；
[0020]圖5是從母模取下之后的負(fù)圖案的側(cè)視圖；
[0021]圖6是抵靠著圖5的負(fù)圖案形成的工藝中的次母模的側(cè)視圖；
[0022]圖7是圖6的次母模位于次母模支承板上的側(cè)視圖；[0023]圖8是圖7的次母模以及淺托盤(pán)中的次母模支承板的側(cè)剖視圖；
[0024]圖9是與圖8相似的側(cè)剖視圖，不同的是，已將一定量的壓模形成材料引入到托盤(pán)中的次母模上方；
[0025]圖10是其上具有襯墊的平板的側(cè)視圖；
[0026]圖11是與圖9相似的側(cè)剖視圖，不同的是，將板的襯墊側(cè)首先壓入壓模形成材料中直至襯墊接觸墊片為止；
[0027]圖12是與圖11相似的側(cè)剖視圖，不同的是，已去除板并且正剝離襯墊；
[0028]圖13是與圖12相似的側(cè)剖視圖，不同的是，已將一定量的著墨材料布置為與壓模接觸；
[0029]圖14是與圖13相似的側(cè)剖視圖，不同的是，已去除上蓋，已倒掉多余的著墨材料，并已取下托盤(pán)的側(cè)部和端部；
[0030]圖15是與圖14相似的側(cè)剖視圖，不同的是，墊片、將墊片保持在位置上的臨時(shí)粘合劑已去除，與壓膜無(wú)關(guān)的硬化的壓模形成材料已被小心切割掉；
[0031]圖16是與圖15相似的側(cè)剖視圖，不同的是，已將附著層施加至壓模背側(cè)；
[0032]圖17是用于將著墨的壓模轉(zhuǎn)移至印刷卷筒的工序的示意性側(cè)視圖；
[0033]圖18是在已執(zhí)行圖17的工序之后，帶有著墨的壓模的輥的示意性側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]根據(jù)本發(fā)明的工藝從其上具有所需的浮雕圖案的母模開(kāi)始。如果所需的圖案的特征尺寸足夠大，則可在諸如聚合物、金屬或鍍覆金屬的固體材料上蝕刻和機(jī)加工所述圖案。已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用金屬母模時(shí)，鎳、鎳-鈷或鍍鎳銅尤其合適。然而，特別是當(dāng)所需的圖案包括尤其小的特征時(shí)，利用傳統(tǒng)光刻技術(shù)生成母模是方便的。
[0035]當(dāng)將要使用光刻時(shí)，方便地在基料上制備母模，所述基料方便地具有高平坦度，從而認(rèn)為硅片或平玻璃尤其合適。隨后將光致抗蝕劑層施用到所述表面上?？墒褂枚喾N光致抗蝕劑。在一個(gè)實(shí)施例中，使用可以AZ1500系列光致抗蝕劑商購(gòu)自美國(guó)新澤西州薩莫維爾的安智電子材料公司(AZ Electronic Materials)的乙酸酯光致抗蝕劑。在許多方便的實(shí)施例中，將光致抗蝕劑施用至所述表面，并通過(guò)采用光掩模和暴露于UV光(或者作為另外一種選擇，通過(guò)直接激光照射)將所述光致抗蝕劑圖案化。在使用之前，通常烘烤母模、將其顯影和清潔。隨后在基料上方便地留下硬質(zhì)、顯影的光致抗蝕劑浮雕圖案。
[0036]現(xiàn)在參照?qǐng)D1，其示出了在母模20的制備過(guò)程中在母模上具有所需圖案的階段的側(cè)視圖?；?2上涂覆有光致抗蝕劑層24?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，將光致抗蝕劑暴露、顯影并且去除一部分，從而在基料22的表面上留下浮雕圖案24a。
[0037]現(xiàn)在參照?qǐng)D3，其示出了圖2的母模20的側(cè)透視圖?？蛇x地(但方便的是)，在帶有可拆除的側(cè)部的淺的、可拆解的托盤(pán)、盤(pán)或碟中執(zhí)行所述工藝的后續(xù)部分。因此，在該圖中，已將母模20布置在由底部28、兩個(gè)側(cè)部30和兩個(gè)端部32方便地形成的淺托盤(pán)26內(nèi)。托盤(pán)26的這些組件由普通玻璃方便地制成，但是可使用任何基本平坦的惰性材料。通過(guò)以可脫開(kāi)的方式在托盤(pán)26的組件之間形成不透液體的粘合劑密封(見(jiàn)圖4中的41)的材料將托盤(pán)26的組件臨時(shí)方便地保持在一起。牙科印模材料具有這些方便的特性，并且具體地講，已發(fā)現(xiàn)可以EXPRESS VPS7301商購(gòu)自美國(guó)明尼蘇達(dá)州圣保羅的3M ESPE的印模材料是合適的。
[0038]在該圖中可以看出，已將墊片40布置在托盤(pán)26中，與母模20相鄰。雖然可將多種物體用作墊片40，但已發(fā)現(xiàn)，精密磨光的滾珠是方便的。將在下面結(jié)合圖4理解它們的意義。方便的是，利用用于組裝托盤(pán)26的臨時(shí)粘合劑將它們保持在一定位置上。
[0039]現(xiàn)在參照?qǐng)D4，其示出了沿著剖面線(xiàn)4-4截取的圖3的托盤(pán)26的側(cè)剖視圖。在該圖中可以看出，使用上面討論的臨時(shí)粘合劑41組裝托盤(pán)26和保持墊片40。另外，該圖中，將負(fù)圖案制備材料層42分配到圖案化母模20上，并且將剛性板44布置在墊片40上。分配足夠的材料42以使得其與板44完全接觸，并且實(shí)際上大致將板44淹沒(méi)一半。負(fù)圖案制備材料42將形成母模20的負(fù)圖案(圖5中的46)。方便地，負(fù)圖案制備材料42是聚合物材料；并且進(jìn)一步方便地，將使用相同的聚合物材料在下面討論的步驟中形成壓模。適用于制造負(fù)圖案42的聚合物材料可具有直鏈或支鏈的主鏈，并根據(jù)具體的聚合物和壓模所需的可成形性程度可為交聯(lián)或非交聯(lián)的。多種彈性體聚合物材料適用于這種制造，特別是硅樹(shù)脂聚合物、環(huán)氧樹(shù)脂聚合物、聚氨酯聚合物和丙烯酸酯聚合物的一般類(lèi)型的聚合物。環(huán)氧樹(shù)脂聚合物通過(guò)通常稱(chēng)為環(huán)氧基團(tuán)、1，2-環(huán)氧基或環(huán)氧乙烷的三元環(huán)醚基的存在來(lái)表征。例如，除基于芳族胺、三嗪和脂環(huán)族主鏈的化合物之外，可使用雙酚A的二縮水甘油醚。
[0040]適于用作負(fù)圖案形成材料42的硅樹(shù)脂彈性體的實(shí)例包括由包括諸如甲基氯硅烷、乙基氯硅烷和苯基氯硅烷等的氯硅烷的前體形成的那些。尤其優(yōu)選的硅樹(shù)脂彈性體是聚二甲基硅氧烷。示例性聚二甲基硅氧烷聚合物包括以商標(biāo)SYLGARD由美國(guó)密歇根州米德蘭的陶氏化學(xué)公司(Dow Chemical Company)出售的那些，并且更具體地講，認(rèn)為SYLGARD182、SYLGARD 184和SYLGARD186是合適的。高溫有時(shí)是方便的，以有利于這些聚合物材料的固化。可在Kumar等人的美國(guó)專(zhuān)利5，512，131 (“在表面和衍生的制品上形成微壓模圖案(Formation of Microstamped Patterns on Surfaces and DerivativeArticles)”，據(jù)此全文引入以供參考)中找到合適的負(fù)圖案形成和/或壓模形成材料的另外的討論。
[0041]在負(fù)圖案形成材料42硬化以形成負(fù)圖案46 (圖5)之后，通過(guò)將其輕輕地提起可將其以及板44從母模20上取下。如果托盤(pán)26 (圖3)由可拆解的組件(此時(shí)是被拆解的)制成，則方便地完成此工序。隨后將板44和粘附于其上的負(fù)圖案46翻轉(zhuǎn)，以使得母模20的圖案(圖2的24a)的負(fù)圖案面朝上?，F(xiàn)在參照?qǐng)D5，可看到執(zhí)行這些操作的結(jié)果，圖5示出了方便地仍然停留在板44上的負(fù)圖案46的側(cè)剖視圖。使負(fù)圖案46停留在板44上有利于提高負(fù)圖案浮雕中的圖案的尺寸穩(wěn)定性。還有利的是，沿著負(fù)圖案46的整個(gè)周邊具有硬化的負(fù)圖案形成材料的周邊脊48，其帶有通過(guò)與底部28(圖4)接觸形成的平坦上表面。這將結(jié)合圖6來(lái)理解。
[0042]現(xiàn)在參照?qǐng)D6，其示出了在抵靠著圖5的負(fù)圖案46形成的工藝中的次母模50的側(cè)剖視圖。次母模支承板52放置在隆起的周邊48上。次母模支承板52具有用于將物質(zhì)引入到次母模支承板52下方和負(fù)圖案46上方的空間中的填充口 54，以形成具有作為負(fù)圖案46的負(fù)圖案復(fù)制品和母模20的正圖案復(fù)制品的圖案的次母模50。方便地，該物質(zhì)是耐受著墨材料的可硬化物質(zhì)。在許多方便的實(shí)施例中，發(fā)現(xiàn)可以SC0TCH-WELD環(huán)氧樹(shù)脂灌封化合物DP270商購(gòu)自美國(guó)明尼蘇達(dá)州圣保羅的3M公司(3M Company)的透光的雙組份環(huán)氧樹(shù)脂是合適的。[0043]在次母模50抵靠著負(fù)圖案46硬化之后，可將所述次母模以及始終支承所述次母模的次母模支承板52輕輕地從負(fù)圖案46剝離?，F(xiàn)在參照?qǐng)D7，其示出了帶有支承板52的次母模50的側(cè)視圖。
[0044]可選的(但方便的)是，在淺的可拆解的托盤(pán)中再次執(zhí)行所述工藝的后續(xù)部分?，F(xiàn)在參照?qǐng)D8，次母模50仍然粘附于其上的次母模支承板52現(xiàn)在形成淺托盤(pán)26’的底部，所述淺托盤(pán)再次由通過(guò)臨時(shí)粘合劑41組裝的兩個(gè)側(cè)部30和兩個(gè)端部32方便地形成，如結(jié)合圖3所討論。墊片40再次布置為鄰近次母模50，通過(guò)臨時(shí)粘合劑41方便地保持就位。由于墊片在這個(gè)階段限定了最終壓模的厚度，因此將它們的高度選為形成方便厚度的壓模對(duì)所述工藝有影響。以下將更加具體地對(duì)此進(jìn)行討論。
[0045]現(xiàn)在參照?qǐng)D9，其示出了與圖8相似的側(cè)剖視圖，不同的是，將一定量的壓模形成材料56引入托盤(pán)26中的次母模50上方。上面結(jié)合圖4討論了合適的壓模形成材料56，其中說(shuō)明了形成負(fù)圖案和形成壓模使用相似的材料是方便的。
[0046]現(xiàn)在參照?qǐng)D10，其示出了其上具有襯墊62的平的調(diào)平器60的側(cè)視圖。結(jié)合圖11將看到更多的細(xì)節(jié)，將調(diào)平器60的襯墊62側(cè)首先壓入壓模形成材料56中直至其接觸墊片40為止。調(diào)平器60有利地為非常平坦的材料，像硅片或平玻璃，這是由于其將用于限定將由壓模形成材料56形成的壓模70的背側(cè)(沒(méi)有圖案的側(cè))的形狀。襯墊62可為輕輕地依附(優(yōu)選地，不用粘合劑)調(diào)平器60的任何聚合物材料薄膜，其與壓模形成材料56很少相互作用或根本不相互作用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)5密耳(0.13mm)厚的聚乙烯鄰苯二甲酸片是合適的。
[0047]現(xiàn)在參照?qǐng)D11，其示出了與圖9相似的側(cè)剖視圖，不同的是，將調(diào)平器60的襯墊62側(cè)首先壓入壓模形成材料56中直至襯墊62接觸墊片40為止。一旦完成這一步，就允許壓模形成材料56硬化為壓模70。
[0048]現(xiàn)在參照?qǐng)D12，其示出了與圖11相似的側(cè)剖視圖，不同的是，去除了調(diào)平器60。為了方便地執(zhí)行這個(gè)過(guò)程，需要調(diào)平器60不粘附至襯墊62，而是僅通過(guò)輕輕的依附或靜電吸引力保持。在執(zhí)行這個(gè)操作的過(guò)程中，希望避免干擾壓模70和次母模50之間的接觸。如果技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)在不干擾壓模70和次母模50之間的接觸的情況下，難以提起調(diào)平器60或使調(diào)平器傾斜，則可能方便的是，臨時(shí)去除端部32之一，并沿著基本平行于墊片的頂部限定的平面的方向?qū)⒄{(diào)平器60向側(cè)面滑開(kāi)。
[0049]此外，在該圖中，從壓模70上剝離襯墊62。應(yīng)該非常輕地完成這一步，以不干擾壓模70和次母模50之間的接觸。如圖所示，當(dāng)剝離襯墊時(shí)，諸如大于90度的大剝離角度通常帶來(lái)良好的結(jié)果。在圖12中應(yīng)該理解的是，硬化的壓模形成材料的隆起的周邊72仍然包圍硬化的壓模70并與硬化的壓模連接，以形成淺的受限區(qū)74，其具有壓模70上方的調(diào)平器60的形狀。如將結(jié)合圖13的理解，受限區(qū)74是方便的。
[0050]現(xiàn)在參照?qǐng)D13，其示出了與圖12相似的側(cè)剖視圖，不同的是，將一定量的著墨材料76布置為與壓模70的背側(cè)78 (與特征相對(duì)的側(cè))接觸并允許滲入壓模中。方便地布置上蓋80以防止著墨材料的任何揮發(fā)性組分蒸發(fā)掉。重要的是，著墨材料76在壓模70仍然被次母模支承并在物理上與次母模50接觸的同時(shí)進(jìn)入壓模。在著墨材料76擴(kuò)散到壓模70中的過(guò)程中，著墨材料的濃度在壓模的所有部分中將不等。這種不均等導(dǎo)致了可使壓模的圖案畸變的小的應(yīng)力。然而，在著墨材料76均勻地分布在壓模中之前，與次母模50的接觸幫助圖案抵抗畸變。[0051]與本發(fā)明有關(guān)的是，適用于著墨材料的化學(xué)物質(zhì)用于形成自組裝單層。它們包括有機(jī)化合物，諸如有機(jī)含硫酸化合物、硅烷、膦酸、苯并三唑和羧酸。所述化合物的實(shí)例在 Ulman 的評(píng)論(A.Ulman, “Formation and Structure of Self-AssembledMonolayers, ” Chem.Rev.961533-1554 (1996) ) (A.Ulman, “ 自組裝單層的形成和結(jié)構(gòu)”，化學(xué)綜述，第96期第1533-1554頁(yè)(1996年))中有所論述。除了有機(jī)化合物以外，某些有機(jī)金屬化合物也可用于形成自組裝單層。適于形成自組裝單層的有機(jī)含硫酸化合物的實(shí)例包括烷基硫醇、二烷基二硫化物、二烷基硫化物、烷基黃原酸鹽和二烷基硫代氣基甲酸鹽。適于形成自組裝單層的硅烷的實(shí)例包括有機(jī)氯硅烷和有機(jī)烷氧硅烷。Pellerite等人討論了適于形成自組裝單層的膦酸分子的實(shí)例(M.J.Pellerite, T.D.Dunbar, L.D.Boardman, andE.J.Wood, “Effects of Fluorination on Self-Assembled Monolayer Formation fromAlkanephosphonic Acids on Aluminum:Kinetics and Structure, ”Journal of PhysicalChemistry B10711726-11736(2003)) (M.J.Pellerite、T.D.Dunbar, L.D.Boardman 和E.J.Wood的“由烷烴膦酸在自組裝單層形成物上的氟化對(duì)鋁的影響:動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)”，物理化學(xué)期刊B第107期第11726-11736頁(yè)(2003年))。適于形成自組裝單層的化學(xué)物質(zhì)可包括例如烴化合物、部分氟化的烴化合物或全氟化化合物。自組裝單層可包括兩個(gè)或更多個(gè)不同的化學(xué)物質(zhì)。當(dāng)使用兩個(gè)或更多個(gè)不同的化學(xué)物質(zhì)時(shí)，化學(xué)物質(zhì)可以混合物的形式或相分離的形態(tài)存在于單組裝單層中。
[0052]形成自組裝單層的示例性可用分子包括例如(C3-C20)烷基硫醇、(C10-C20)烷基硫醇或(C15-C20)烷基硫醇。烷基可為直鏈或支鏈的，并且可以被不影響形成自組裝單層的取代基取代或未取代。
[0053]在許多方便的實(shí)施例中，烷基硫醇將可用作著墨材料?？捎眉兊牧虼蓟蛉軇┲邢♂尩牧虼肌？捎糜谥苽渥越M裝材料的溶液的溶劑包括乙醇、丙酮、甲苯、氯仿、己烷、十六烷、乙基乙酸酯、二甲基甲酰胺和四氫呋喃。當(dāng)使用溶液時(shí)，其可以是濃縮的，例如lOmmol、lOOmmol或甚至200mmol。更具體地講，在一些方便的實(shí)施例中，在壓模附著在環(huán)氧樹(shù)脂次母模50上的同時(shí)，允許將200mmol的C16硫醇乙醇溶液浸透到壓模70背側(cè)78中。應(yīng)當(dāng)允許著墨材料76有足夠的時(shí)間浸透壓模70,但過(guò)長(zhǎng)的著墨時(shí)間不會(huì)帶來(lái)最好的結(jié)果。意外地發(fā)現(xiàn)，超過(guò)24小時(shí)的著墨時(shí)間導(dǎo)致次母模50的圖案較差地復(fù)制到印刷基底上。發(fā)現(xiàn)三小時(shí)左右的著墨浸透時(shí)間是合適的。
[0054]在微接觸印刷中在經(jīng)濟(jì)上最重要的考慮之一是，在保持印刷品的尺寸穩(wěn)定性的同時(shí)，使得每單個(gè)壓模能夠進(jìn)行最大數(shù)量的印刷。已發(fā)現(xiàn)，在保持印刷品的尺寸穩(wěn)定性的同時(shí)，可通過(guò)優(yōu)化壓模的厚度最大化每單個(gè)壓模的印刷次數(shù)。因此，上面提及了需要謹(jǐn)慎選擇支承調(diào)平器62的墊片40的高度。通常，壓模的厚度可在0.5mm至10mm的范圍內(nèi)，但在這個(gè)總的指導(dǎo)下，針對(duì)自組裝油墨和油墨濃度的選擇可優(yōu)化所述厚度。對(duì)于許多方便的實(shí)施例，優(yōu)化的厚度在2至4_的范圍內(nèi)。
[0055]例如，針對(duì)以15mmol的濃度在PDMS壓模中擴(kuò)散的C18硫醇，據(jù)信，3mm的壓模厚度是最佳的。在該厚度，用預(yù)浸透的壓?？蛇M(jìn)行超過(guò)2000次壓印。雖然，不意外的是，與3_的壓模相比，厚度為0.5mm至2mm的壓模具有較少的印刷次數(shù)，但與直覺(jué)相反，5mm壓模僅可進(jìn)行800次壓印。另外，據(jù)發(fā)現(xiàn)，將壓模厚度擴(kuò)大為超過(guò)3mm不僅不會(huì)導(dǎo)致印刷的最大次數(shù)的增加，而且還據(jù)信由于在壓模固化和浸透過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力可導(dǎo)致有關(guān)圖案畸變的問(wèn)題。
[0056]為了微接觸印刷能夠進(jìn)行，自組裝分子油墨需要從壓模本體擴(kuò)散到壓模表面，并在壓模/印刷基底界面處離開(kāi)壓模。在該界面處，分子自組裝成致密單分子層，用作例如印刷基底的抗蝕刻劑。通常，在印刷過(guò)程中，油墨通過(guò)壓模的擴(kuò)散速率和油墨在壓模表面處的損失速率不同。雖然不意圖受特定理論束縛，但是據(jù)認(rèn)為，較厚壓模不一定產(chǎn)生更大數(shù)量的壓印次數(shù)的現(xiàn)象是由于油墨對(duì)印刷基底具有聞未和力，從而使得油墨在壓1旲接觸金屬表面之后幾乎即刻離開(kāi)壓模。因此，據(jù)信在與印刷基底接觸的過(guò)程中，正好在壓模的表面上的油墨濃度非常低。油墨的低的表面濃度導(dǎo)致油墨濃度梯度，以及油墨從壓模本體擴(kuò)散到所述表面。這種擴(kuò)散補(bǔ)充表面的油墨并使得能夠進(jìn)行多次印刷。在較厚的壓模中，油墨太過(guò)緩慢地?cái)U(kuò)散到印刷表面。
[0057]現(xiàn)在參照?qǐng)D14，其示出了與圖13相似的側(cè)剖視圖，不同的是，過(guò)去了足夠長(zhǎng)的時(shí)間，去除上蓋(圖13中的80)，倒掉多余的著墨材料(圖13中的76)，取下側(cè)部和端部(分別為圖13中的30和32)。
[0058]現(xiàn)在參照?qǐng)D15，其示出了與圖14相似的側(cè)剖視圖，不同的是，去除了墊片40、將它們保持在一定位置上的臨時(shí)粘合劑41，并且小心地切除了壓模70外部的硬化的壓模形成材料(包括形成圖12中的受限區(qū)74的材料)。在該圖中，示出了仍與次母模50接觸的完全著墨的壓模70。著墨的壓模70準(zhǔn)備好安裝以用于微接觸印刷?？砂凑沼糜诒桨酚∷⒌娜魏我阎牟贾梅绞?例如壓模安裝在平表面或圓的印刷卷筒上，并通過(guò)粘著性部件、磁力部件或真空裝置安裝)安裝著墨的壓模70以用于印刷。
[0059]通過(guò)粘著性部件安裝壓模70通常是方便的?，F(xiàn)在參照?qǐng)D16，其示出了與圖15相似的側(cè)剖視圖，不同的是，附著層90施加至壓模70的背側(cè)。附著層可為例如轉(zhuǎn)移粘合劑層，雙面粘合劑泡沫層，或雙面膜帶層。一種合適的轉(zhuǎn)移粘合劑是可以3M硅樹(shù)脂粘合劑轉(zhuǎn)移膠帶 9122 (3M SILICONE ADHESIVE TRANSFER TAPE9122)商購(gòu)自 3M 公司的在 2 密耳(0.05mm)厚的聚酯膜襯墊上的2密耳(0.05mm)厚的硅樹(shù)脂粘合劑的轉(zhuǎn)移粘合劑層。對(duì)于轉(zhuǎn)移粘合劑來(lái)說(shuō)，通常的是，使用襯墊將粘合劑層操控到位置上，并隨后剝?nèi)ヒ员┞墩澈蟿拥牡诙澈蟿﹤?cè)。合適的雙面粘合劑泡沫包括可從3M公司商購(gòu)獲得的3M高級(jí)襯墊安裝(3M⑶SH10N-M0UNT PLUS)膠帶。合適的雙面膜帶材包括在1密耳(0.025mm)厚的聚酯載體的每一側(cè)上具有2密耳(0.05mm)厚的硅樹(shù)脂粘合劑層的5密耳(0.13mm)厚的雙面涂層帶材，可以3M雙面涂層膠帶96042 (3M DOUBLE COATED TAPE96042)商購(gòu)自3M公司。
[0060]在替代形式中，當(dāng)需要粘合劑附著時(shí)，轉(zhuǎn)移粘合劑層，雙面粘合劑泡沫層，或雙面膜帶材層可粘附至印刷卷筒或支承板，并且壓模70的背側(cè)78保持暴露以與其接觸。
[0061]現(xiàn)在參照?qǐng)D17，示出了用于將具有粘附至其的附著層90的著墨的壓模轉(zhuǎn)移至印刷卷筒100的工序的示意性側(cè)視圖。在圖17的工序中，將印刷卷筒100與附著層90的一端在切向上接觸，隨后印刷卷筒100和壓模70相對(duì)于彼此沿著方向“D1”運(yùn)動(dòng)，以將壓模70粘附至印刷卷筒100并將其從次母模50剝離。附著層90和卷筒100之間的摩擦可使卷筒100旋轉(zhuǎn)，或者可將印刷卷筒100布置為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而次母模50以與印刷卷筒100的表面速度相同的線(xiàn)速度被驅(qū)動(dòng)。利用具有上臺(tái)板(其上支承有壓模)的滑架實(shí)現(xiàn)微接觸印刷壓模施加至卷筒。上臺(tái)板可通過(guò)布置在上臺(tái)板和滑架之間的低摩擦氣缸而上升和下降，用于在豎直Z方向平移?；芡ㄟ^(guò)致動(dòng)器在X方向上沿著直線(xiàn)軸承運(yùn)動(dòng)。隨著滑架平移，卷筒旋轉(zhuǎn)并且壓模轉(zhuǎn)移到卷筒并通過(guò)粘合劑粘附至卷筒的表面。包括用手定位或布置的其它方法可用于將壓模安裝至卷筒，但可在微接觸印刷壓模中產(chǎn)生不期望的畸變。
[0062]現(xiàn)在參照?qǐng)D18，其示出了在已經(jīng)執(zhí)行圖17的工序之后帶有著墨的壓模50的印刷卷筒100的示意性側(cè)視圖。根據(jù)應(yīng)用，印刷卷筒100可為惰輥或常規(guī)類(lèi)型的從動(dòng)卷筒，或者印刷卷筒100可為安裝在空氣軸承上的薄殼，如在2011年6月30日提交的共同待審和共同受讓的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)代理人檔案號(hào)N0.67383US002 “Apparatus and Method forMicrocontact Printing on Indefinite Length Webs (用于在不定長(zhǎng)度卷材上微接觸印刷的設(shè)備和方法)”，并具有美國(guó)序列號(hào)61/503，204中的描述。
[0063]一旦安裝壓模70，其就可用于印刷。壓模70與待印刷的基底形成物理接觸，并且油墨轉(zhuǎn)印至基底上?；趬耗５奶卣?，油墨被區(qū)域選擇性地轉(zhuǎn)印至表面上。在轉(zhuǎn)印過(guò)程中，油墨的碳鏈彼此對(duì)齊以形成疏水性自組裝單層。
[0064]本發(fā)明的方法方便地用于在聚合物材料的不定長(zhǎng)度卷材上印刷，所述聚合物材料諸如聚烯烴、聚酯鄰苯二甲酸鹽和聚酰亞胺膜。膜上的金屬表面或?qū)右部捎米髋c本發(fā)明有關(guān)的印刷基底。所述金屬表面可包括例如兀素金屬、金屬合金、金屬間化合物、金屬氧化物、金屬硫化物、金屬硬質(zhì)合金、金屬氮化物，以及它們的組合。用于支承自組裝單層的示例性金屬表面包括金、銀、鈀、鉬、銠、銅、鎳、鐵、銦、錫、鉭，以及這些元素的混合物、合金和化合物。
[0065]雖然已結(jié)合本發(fā)明的多種實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作出了具體的展示和描述，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，可對(duì)本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)作出各種其他修改。
【權(quán)利要求】
1.一種制備用于微接觸印刷的圖案化微接觸印刷壓模的方法，包括: 提供所需的圖案的母模； 將壓模形成材料施加至所述母模； 硬化所述壓模形成材料以形成微接觸印刷壓模；以及 在所述微接觸印刷壓模仍與所述母模接觸的同時(shí)將所述微接觸印刷壓模暴露于著墨材料。
2.一種制備用于微接觸印刷的圖案化微接觸印刷壓模的方法，包括: 提供所需的圖案的母模； 將負(fù)圖案制備材料施加至所述母模以獲得所述所需的圖案的負(fù)圖案； 從所述負(fù)圖案制備次母模； 將壓模形成材料施加至所述次母模； 硬化所述壓模形成材料以形成微接觸印刷壓模； 以及 在所述壓模仍然抵靠著所述次母模的同時(shí)將所述微接觸印刷壓模暴露于著墨材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述母模是玻璃上的光致抗蝕劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述母模包括金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述次母模包括環(huán)氧樹(shù)脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述著墨材料是硫醇溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述著墨材料施加至所述微接觸印刷壓模的與接觸所述母模的側(cè)相對(duì)的背側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述著墨材料溶液被施加至所述微接觸印刷壓模的與接觸所述次母模的側(cè)相對(duì)的背側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中用著墨材料將所述微接觸印刷壓模浸透大約三小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中所述著墨材料包括純的硫醇。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中所述著墨材料包括帶有溶劑的硫醇。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述壓模形成材料選自:硅樹(shù)脂聚合物、環(huán)氧樹(shù)脂聚合物和丙烯酸酯聚合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中將壓模形成材料施加至所述次母模包括: 將多個(gè)墊片布置在所述次母模上； 在所述次母模上沉積一定量的壓模形成材料， 將調(diào)平器布置在所述墊片上；并且其中 硬化所述壓模形成材料以形成微接觸印刷壓模包括: 抵靠著所述次母模固化所述壓模形成材料；以及 去除所述調(diào)平器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述調(diào)平器包括玻璃片和布置在其上的襯墊，并且其中去除所述調(diào)平器包括: 將所述玻璃片沿著基本平行于由所述墊片的頂部限定的平面滑離，以及 將所述襯墊從所述微接觸印刷壓模剝離。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括將附著層粘附至所述微接觸印刷壓模。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述附著層選自:轉(zhuǎn)移粘合劑層、雙面膜帶材和雙面泡沫帶材。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括將所述微接觸印刷壓模直接從所述次母模轉(zhuǎn)移至印刷卷筒。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述印刷卷筒具有粘附于其上的附著層，并且其中所述附著層選自:轉(zhuǎn)移粘合劑層、雙面膜帶材和雙面泡沫帶材。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)移包括:將著墨的微接觸印刷壓模布置為與所述印刷卷筒接觸，并使所述次母模和所述印刷卷筒二者運(yùn)動(dòng)，將所述著墨的微接觸印刷壓模粘附至所述印刷卷筒上，并從所述次母模剝離所述著墨的微接觸印刷壓模。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述次母模以與所述印刷卷筒的表面速度相同的線(xiàn)速度運(yùn)動(dòng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中所述微接觸印刷壓模具有在約0.5至10mm之間的厚度。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述微接觸印刷壓模具有在約2至4mm之間的厚度。`
【文檔編號(hào)】B41N1/10GK103635330SQ201280032680
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月30日
【發(fā)明者】喬納森·J·歐哈雷, 理查德·W·格里格, 米哈伊爾·L·佩庫(kù)羅夫斯基, 丹尼爾·P·梅漢 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司