[发明专利]压印方法和器件

说明书

技术领域

本发明主要涉及制造工艺中材料压印的方法和器件。本发明的领域还涉 及流体处理构件的制造，光学光导，金属沉积，化学和生物学表面涂层，以 及导电和导热结构的形成。

背景技术

在下文的讨论中，介绍了某些结构和/或方法。然而，下文的介绍不应 该被解释为一种认识，即这些结构和/或方法组成了现有技术。申请人特意保 留了说明这样的结构和/或方法不被当作现有技术的权力。

压印技术(stamping techniques)包括图形的传递，压花，成形，切割， 和向基片上或基片内传递材料，比如利用传递箔图案的烫印和借助接触印刷 的化学或生化试剂的沉积，例如墨水和生物传感器分子的沉积。压印过程 (stamping prcess)一般通过有图案的工具的应用将图案复制到基片内，或 复制到基片上，或复制穿过基片。

压花是一种压印工具被压进基片中，并使得工具四周的材料转移和在基 片内形成复制的结构的技术。生成的复制的结构是压花工具的负像。成形是 类似于压花的技术并且通常在比将形成图案的结构薄的基片上进行，普通的 例子是硬质泡沫塑料衬垫包装中的成形。冲切也包括有图案的工具的应用， 然而其一般部分地或完全地切割穿过工具图案轮廓四周的基片。彩箔烫印方 法可以被用于将薄膜，如金属层或者结构层，从载体层传递到基片上。该过 程通常包括通过温度和压力将沉积的层连接到基片上，这也促使涂层从载体 带上剥离。压印箔经常被用到的工艺包括用于装饰性涂层的金属层的沉积。 这样的金属层一般利用在压印温度下熔化的蜡释放(wax release)而在例如 聚酯的载体带上生成。类似地，接触印刷工艺将材料，一般是液体形态的， 从压印工具传递到基片表面上。

材料压印的现有技术中的器件和方法一般包括使用有特别地形成的图 案的工具，工具被用于形成完整的有图案的结构或区域。例子是在微光学和 微流体中，其中工具被制造用于复制整个需要的图案。这种方法的局限性在 于对于需要的每个不同的图案就需要整个不同的工具。

在一些压印场合如压花，复制的质量取决于如时间、压力和温度这些因 素。因此，将要被复制的图案的尺寸受限于加工机器的能力。随着将被复制 的图案的尺寸增加将材料从被复制的区域上转移所需的力和停留时间也会 增加。对于较大的结构，随着在压花时被转移的材料需要流到块状材料内的 其它区域，这将变得更困难。压花过程之后的材料松弛和张紧问题会导致复 制的结构变形。

形成微流体结构的压花工艺的发展始于1990年代末，其使用印刻或压 印工艺。形成这样的结构经常需要高的纵横比。热模压花工艺发展以促进结 构复制并且一般被用在研究领域，如Becker等人的“Polymer microfabrication methods for microfluidic analytical applications(用于微流体解析的应用的聚 合物微型制造方法)”，Electrophoresis2000，21卷，12-26页；Becker等人 的“Polymer microfouidic devices(聚合物微流体器件)”，Talanta2002，267-28 页；和Heckele等人的“Review of on micro molding of thermoplastic polymers (热塑聚合物微成型的回顾)”，J.Micromech.Microeng.2004，14卷，第3 期，R1-R14页中所描述的。热模压花工艺是标准压花工艺的子集，除非运 行温度特别地接近材料的玻璃相变温度以及压花压力较低。对于所有的压花 技术，复制的结构的质量取决于若干因素，包括印刻压力，温度，时间和材 料性质。这种技术的问题在于为了获得高纵横比的结构温度周期中的难点和 所需的时间，以及较大结构捕集空气气泡的倾向。另外，用于该工艺的合适 的材料有限，这反过来限制了产品应用中可获得的有合适的体积和表面性质 的适宜材料的数量。