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Engineering

इम्पैक्ट प्रिंट-टाइप हॉट एम्बॉसिंग टेक्नोलॉजी का उपयोग करके लचीली सामग्रियों पर डॉट-पैटर्निंग प्रक्रिया का अध्ययन

Published: April 6, 2020 doi: 10.3791/60694
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1
1Department of Robotics Engineering, Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST)

Summary

प्रभाव प्रिंट-प्रकार की गर्म उभरने वाली तकनीक वास्तविक समय में लचीली सामग्रियों पर डॉट पैटर्न उत्कीर्ण करने के लिए एक प्रभाव हेडर का उपयोग करती है। इस तकनीक में विभिन्न बहुलक फिल्मों पर विभिन्न चौड़ाई और गहराई के साथ डॉट पैटर्न बनाने के लिए प्रभाव हेडर की ऑन-ऑफ गति और स्थिति को नियंत्रित करने के लिए एक नियंत्रण प्रणाली है।

Abstract

यहां हम एक प्रभाव प्रिंट-प्रकार की गर्म उभरने की प्रक्रिया पर अपना अध्ययन प्रस्तुत करते हैं जो बहुलक फिल्म पर वास्तविक समय में विभिन्न डिजाइनों, चौड़ाई और गहराई के साथ डॉट पैटर्न बना सकता है। इसके अलावा, हमने विभिन्न डॉट पैटर्न को उत्कीर्ण करने के लिए प्रभाव हेडर की ऑन-ऑफ गति और स्थिति के लिए एक नियंत्रण प्रणाली लागू की। हमने विभिन्न बहुलक फिल्मों पर डॉट पैटर्निंग का प्रदर्शन किया, जैसे पॉलिएस्टर (पीईटी) फिल्म, पॉलीमेथिल मेथक्रिलेट (पीएमएमए) फिल्म, और पॉलीविनाइल क्लोराइड (पीवीसी) फिल्म। डॉट पैटर्न को कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करके मापा गया था, और हमने पुष्टि की कि प्रभाव प्रिंट-प्रकार की हॉट उभरने की प्रक्रिया डॉट पैटर्निंग प्रक्रिया के दौरान कम त्रुटियां पैदा करती है। नतीजतन, प्रभाव प्रिंट प्रकार की गर्म उभरने की प्रक्रिया विभिन्न प्रकार की बहुलक फिल्मों पर डॉट पैटर्न उत्कीर्णन के लिए उपयुक्त पाई जाती है। इसके अलावा, पारंपरिक गर्म उभरने की प्रक्रिया के विपरीत, यह प्रक्रिया एक उभरते टिकट का उपयोग नहीं करती है। इसलिए, प्रक्रिया सरल है और वास्तविक समय में डॉट पैटर्न बना सकती है, बड़े पैमाने पर उत्पादन और छोटी मात्रा वाले बैच उत्पादन के लिए अद्वितीय लाभ पेश कर सकती है।

Introduction

शोधकर्ता सक्रिय रूप से मौजूदा उपकरणों और प्रदर्शनों को छोटा करने और इन उपकरणों के लचीलेपन को बढ़ाने का प्रयास कर रहे हैं1,2. बिजली के चैनलों की चौड़ाई और गहराई को सूक्ष्म या नैनो पैमाने तक कम करने के लिए, उच्च सटीक तकनीक आवश्यक है। इसके अलावा, इन उपकरणों के लचीलेपन को बढ़ाने के लिए, विद्युत चैनलों के पैटर्न एक लचीली सामग्री पर स्थित होना चाहिए, जैसे कि एक बहुलक फिल्म3,4। इन शर्तों को पूरा करने के लिए अल्ट्राफाइन माइक्रोप्रोसेसिंग तकनीक का अध्ययन सक्रिय रूप से चल रहा है।

अल्ट्राफाइन माइक्रोफैब्रिकेशन तकनीक का एक फायदा है कि संभव पैटर्निंग सामग्री में न केवल लोहे या प्लास्टिक जैसी अत्यधिक कठोर सामग्री शामिल है बल्कि पॉलीमर फिल्मों जैसी नरम सामग्री भी शामिल है। इन फायदों के कारण, इस तकनीक का व्यापक रूप से विभिन्न क्षेत्रों में एक मुख्य प्रक्रिया के रूप में उपयोग किया जाता है, जैसे संचार, रसायन विज्ञान, प्रकाशिकी, एयरोस्पेस, सेमीकंडक्टर, और सेंसर5,,6,,7। अल्ट्राफाइन माइक्रोप्रोसेसिंग फील्ड में, लिगा (लिथोग्राफी, इलेक्ट्रोप्लेटिंग और मोल्डिंग) या माइक्रोमाकिनिंग विधियों का उपयोग8किया जाता है। हालांकि, ये पारंपरिक तरीके कई समस्याओं से जुड़े हुए हैं। लिगा विधियों को अल्ट्राफाइन पैटर्न बनाने के लिए काफी समय और कई प्रक्रिया चरणों की आवश्यकता होती है और उच्च लागत भी उठानी पड़ती है क्योंकि उन्हें प्रक्रियाओं के दौरान कई अलग-अलग प्रकार के उपकरणों की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, लिगा विधियां रसायनों का उपयोग करती हैं जो पर्यावरण को प्रदूषित कर सकती हैं।

इस मुद्दे के समाधान के लिए, अल्ट्राफाइन माइक्रोप्रोसेस प्रौद्योगिकियों के बीच गर्म उभरने की प्रक्रिया प्रौद्योगिकी को स्पॉटलाइट किया गया है। हॉट एम्बॉसिंग एक ऐसी तकनीक है जो माइक्रो या नैनोस्केल उभरने वाले मोल्ड का इस्तेमाल करते हुए गर्म बहुलक फिल्म पर एक पैटर्न बनाती है । पारंपरिक गर्म उभरने वाली तकनीक को मोल्ड के आकार के आधार पर प्लेट प्रकार और रोल-टू-रोल प्रकार में विभाजित किया गया है। गर्म उभरने प्रौद्योगिकी के दो प्रकार मोल्ड के आकार के मामले में अलग हैं, लेकिन इन दो प्रक्रियाओं में समान है कि उभरते मोल्ड बहुलक फिल्म को बहुलक फिल्म पर एक पैटर्न उत्कीर्ण करने के लिए एक गर्म थाली पर दबाता है । गर्म उभरने की प्रक्रिया का उपयोग कर पैटर्न उत्कीर्ण करने के लिए, ग्लास संक्रमण तापमान के ऊपर बहुलक फिल्म को गर्म करना और पर्याप्त मात्रा में दबाव (~ 30-50 एमपीए)9लागू करना आवश्यक है। इसके अलावा, पैटर्न की चौड़ाई और गहराई गर्म प्लेट के तापमान, सामग्री और उभरते मोल्ड के आकार के आधार पर बदलती है। इसके अलावा, पैटर्निंग प्रक्रिया के बाद ठंडा विधि बहुलक फिल्म पर पैटर्न के आकार को प्रभावित करती है।

पारंपरिक गर्म उभरने की प्रक्रिया में, उभरते टिकटों या रोलर्स वांछित पैटर्न के साथ उभरा जा सकता है, और उभरते मोल्ड का उपयोग बहुलक फिल्म सतहों पर एक ही पैटर्न को लगातार प्रिंट करने के लिए किया जा सकता है। यह सुविधा इस प्रक्रिया को न केवल बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए बल्कि नरम सामग्रियों के साथ उपकरणों को गढ़ने के लिए उपयुक्त बनाती है, जैसे पॉलीमर फिल्में10,,11,,12,,13,14।14 हालांकि, पारंपरिक गर्म उभरने की विधि केवल उभरते मोल्ड में उत्कीर्ण एकल पैटर्न बना सकती है। इसलिए, जब उपयोगकर्ता एक नया पैटर्न बनाना चाहता है या पैटर्न को संशोधित करना चाहता है, तो उन्हें इम्प्रिंटिंग पैटर्न को संशोधित करने के लिए एक नया मोल्ड बनाना होगा। इस कारण से, नए पैटर्न बनाते समय या मौजूदा डिजाइनों की जगह लेने पर पारंपरिक गर्म उभरने महंगा और समय लेने वाला होता है।

इससे पहले के काम ने वास्तविक समय15में विभिन्न चौड़ाई और गहराई के साथ डॉट पैटर्न के उत्पादन के लिए प्रभाव-प्रकार की गर्म उभरने की प्रक्रिया शुरू की। पारंपरिक गर्म उभरने की प्रक्रिया के विपरीत, प्रभाव प्रिंट प्रकार गर्म उभरने विधि बहुलक फिल्म पर पैटर्न बनाने के लिए एक प्रभाव हेडर का उपयोग करता है । यह तकनीक प्रभाव हेडर को सटीक स्थिति प्रणाली के साथ वांछित स्थिति में ले जाती है। एक नियंत्रण संकेत एक वांछित चौड़ाई और गहराई पर और एक मनमाने ढंग से स्थिति में प्रिंट पैटर्न के लिए लागू किया जाता है । प्रभाव हेडर की संरचना में एक प्रस्तावक, एक वसंत, एक कुंडल घुमावदार, और एक कोर (चित्रा 1ए)15देखें। इससे पहले एक विश्लेषण और प्रयोग के माध्यम से पुष्टि की गई थी कि इस तरह के प्रभाव हेडर गर्म उभरने के लिए उचित बल पैदा कर सकते हैं16। इस पेपर के प्रोटोकॉल में प्रभाव-प्रकार की गर्म उभरने की प्रक्रिया और प्रक्रिया नियंत्रण के लिए नियंत्रण वातावरण के लिए हार्डवेयर के डिजाइन को शामिल किया गया है। इसके अलावा, हम पीईटी फिल्म, पीएमएमए फिल्म और पीवीसी फिल्म पर डॉट पैटर्न का विश्लेषण करते हैं, जिनमें से सभी को प्रस्तावित प्रोटोकॉल के साथ संसाधित किया जाता है ताकि यह सत्यापित किया जा सके कि प्रभाव प्रिंट-प्रकार की हॉट उभरने की प्रक्रिया वास्तविक समय में विभिन्न चौड़ाई और गहराई के साथ डॉट पैटर्न बना सकती है। इन प्रयोगों के परिणाम परिणाम अनुभाग में नीचे प्रस्तुत किए जाते हैं, इस बात की पुष्टि करते हैं कि उभरने की प्रक्रिया उपयुक्त रूप से अल्ट्राफाइन पैटर्न का उत्पादन कर सकती है।

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Protocol

1. प्रभाव प्रिंट प्रकार गर्म उभरने की प्रक्रिया का निर्माण

  1. मॉडल 1 बनाओ और यह एक एक्स चरण के साथ गठबंधन (चित्रा 1देखें) ।
    नोट: यह सिफारिश की है कि मॉडल 1 एल्यूमीनियम से बना हो गर्मी से बचने के लिए एक्स चरण पर आयोजित किया जा रहा है । इसके अलावा, यह सिफारिश की जाती है कि मॉडल 1 की लंबाई हीट प्लेट की सतह के बीच की दूरी और जेड-स्टेज की असर प्लेट की सबसे कम ऊंचाई हो क्योंकि मॉडल 1 का डिजाइन हीट प्लेट के आकार के साथ भिन्न होता है।
  2. एक्स-स्टेज और जेड-स्टेज को मिलाएं और जेड-स्टेज और मॉडल 2 को इकट्ठा करें।
    नोट: सुनिश्चित करें कि मॉडल 2 एक धातु है कि गर्मी की थाली (जैसे, एल्यूमीनियम) से गर्मी सह सकते है से बना है । जेड-स्टेज के लिए मॉडल 2 फिक्सिंग कसकर मॉडल 2 और प्रभाव हेडर के वजन को पकड़ने के लिए जेड-स्टेज की क्षमता सुनिश्चित करेगा।
  3. मॉडल 2 और प्रभाव हेडर गठबंधन और मॉडल 1 नीचे गर्मी प्लेट जगह है ।
    नोट: मॉडल 2 पर सबसे कम स्थिति के साथ प्रभाव हेडर में शामिल होने से यह सुनिश्चित होगा कि प्रस्तावक गर्मी की थाली की सतह तक पहुंचता है। गर्मी की थाली की सतह के साथ प्रभाव सिर के किसी भी संपर्क से बचने के लिए अधिकतम रूप से जेड-स्टेज को बढ़ाने के बाद हीट प्लेट स्थापित करने की सिफारिश की जाती है। स्टेज को कंट्रोल करने के लिए उपयुक्त सॉफ्टवेयर का इस्तेमाल करें।
  4. फिल्म धारक की एसटीएल फाइलों(सप्लीमेंट्री फाइल 1 और सप्लीमेंट्री फाइल 2)को उपयुक्त सॉफ्टवेयर का उपयोग करके तीन आयामी (3डी) प्रिंटर के साथ फिल्म धारक को प्रिंट करने के लिए जीकोड फाइलों में परिवर्तित करें।
    नोट: सॉफ्टवेयर उपयोग किए गए 3डी प्रिंटर के साथ भिन्न हो सकता है, और कुछ वातावरण जीकोड रूपांतरण के बिना 3डी प्रिंटर वातावरण का समर्थन कर सकते हैं।
  5. जीकोड फाइल के साथ फिल्म धारक को प्रिंट करने के लिए 3डी प्रिंटर का उपयोग करें।
    नोट: एक फिलामेंट (उदाहरण के लिए, जेड-HIPS) का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है क्योंकि फिल्म धारक जैसे बड़े हिस्सों को प्रिंट करते समय कम संकुचन हो जाएगा।
  6. गर्मी की थाली के अंत पर दो फिल्म धारकों को स्थापित करें और फिल्म धारक पर बहुलक फिल्म को ठीक करें, जैसा कि चित्रा 1में दिखाया गया है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि बहुलक फिल्म गर्मी की थाली पर सपाट है, फिल्म धारक की गति 1 का उपयोग करके बहुलक फिल्म को जितना संभव हो उतना खींचें (चित्रा 1बीदेखें)। बहुलक फिल्म को साइड में ले जाने के लिए, मोशन 2 के माध्यम से फिल्म धारक को स्थानांतरित करें (चित्रा 1बीदेखें)।
    नोट: फिल्म धारक पर बहुलक फिल्म को ठीक करने के लिए, यह एक पेंच का उपयोग करने की सिफारिश की है । गोंद फिल्म धारक पर बहुलक फिल्म प्रत्यय करने के लिए अपर्याप्त है, और यह पैटर्निंग प्रयोग के बाद बहुलक फिल्म की टुकड़ी के लिए सबसे अच्छा है ।

2. नियंत्रण सर्किट का निर्माण

नोट: यह प्रक्रिया प्रभाव हेडर और एक्स-जेड चरण के नियंत्रण सर्किट के निर्माण की प्रक्रिया का वर्णन करती है।

  1. इसे नियंत्रित करने के लिए सिग्नल (सामग्री की तालिकादेखें) भेजने वाले नियंत्रण उपकरण को कनेक्ट करें।
  2. नियंत्रण डिवाइस को प्रभाव हेडर से जोड़ने के बाद, इनपुट -3 वी और +10 वी प्रभाव हेडर में नियंत्रण संकेतों के रूप में।
    नोट: यदि प्रभाव हेडर को +10 वी नियंत्रण संकेत भेजा जाता है (चित्रा 1देखें), तो प्रस्तावक (प्रभाव सिर) नीचे चला जाता है और टर्न-ऑन स्थिति में प्रवेश करता है। इस राज्य में प्रस्तावक पॉलीमेरिक फिल्म से टकराता है और पॉलीमर फिल्म पर पैटर्न उत्कीर्ण करता है ।
    1. प्रभाव हेडर के प्रस्तावक का उपयोग करके एक पैटर्न उत्कीर्ण करने के बाद अगले पैटर्न को उत्कीर्ण करने के लिए प्रस्तावक बढ़ाएं। प्रस्तावक (प्रभाव सिर) को बढ़ाने के लिए, -3 वी नियंत्रण संकेत लागू करें।
      नोट: प्रभाव हेडर के आंतरिक अवशेष प्रवाह से चुंबकीय बनने से प्रस्तावक को रोकने के लिए प्रभाव हेडर के लिए एक नकारात्मक वोल्टेज इनपुट है।
  3. यदि नियंत्रण उपकरण पर्याप्त नियंत्रण संकेत की आपूर्ति नहीं कर सकता है, तो प्रभाव हेडर को नियंत्रित करने के लिए , जो ~ 0 वी-5 वी नियंत्रण संकेत को ~ -3 वी-+10 वी में एम्पलीफाई करता है,का उपयोग करें।
    1. सबसे पहले, एक दोहरी चैनल डीसी बिजली की आपूर्ति तैयार (सामग्री की तालिकादेखें) । इस चरण के बाद, सभी चैनलों को सामान्य ग्राउंड (जीएनडी) नोड्स प्रदान करने के लिए चार नोड्स कनेक्ट करें: चैनल 1 के लिए एक सकारात्मक वोल्टेज टर्मिनल (V1+) और एक ग्राउंड (GND) टर्मिनल और चैनल 2 के लिए एक नकारात्मक वोल्टेज टर्मिनल (V2-) और ग्राउंड (GND)। चित्र 2में एक समग्र कनेक्शन आरेख दिखाया गया है।
      नोट: 2.3.1 में वर्णित कदम के अनुसार, विभिन्न निरपेक्ष मूल्यों के साथ सकारात्मक और नकारात्मक वोल्टेज परिचालन एम्पलीफायर (ओपी-एएमपी) को आपूर्ति की जा सकती है।
    2. बिजली आपूर्ति के चैनल 1 (V1-) के नकारात्मक वोल्टेज टर्मिनल को ओपी-एएमपी के नकारात्मक बिजली आपूर्ति वोल्टेज टर्मिनल (वीएस-) से कनेक्ट करें, जैसा कि चित्रा 2में ब्लू लाइन द्वारा इंगित किया गया है। बाद में, इनपुट 3 वी वी वीसीसी वोल्टेज चैनल 1 करने के लिए।
      नोट: चरण 2.3.1 के अनुसार, 3 वी वीसीसी वोल्टेज को ओपी-एएमपी के नकारात्मक बिजली आपूर्ति वोल्टेज टर्मिनल (वीएस-) के लिए -3 वी नकारात्मक वोल्टेज के रूप में आपूर्ति की जाती है।
    3. बिजली आपूर्ति के चैनल 2 (V2+) के सकारात्मक वोल्टेज टर्मिनल को ओपी-एएमपी के सकारात्मक बिजली आपूर्ति वोल्टेज टर्मिनल (वीएस +) से कनेक्ट करें, जैसा कि चित्रा 2में लाल रेखा द्वारा इंगित किया गया है। बाद में, इनपुट 10 वी वीवीसी वोल्टेज चैनल 2 करने के लिए।
      नोट: चरण 2.3.1 के अनुसार, 10 वी वीसीसी वोल्टेज को ओपी-एएमपी के सकारात्मक बिजली आपूर्ति वोल्टेज टर्मिनल (वीएस +) को +10 वी पॉजिटिव वोल्टेज के रूप में आपूर्ति की जाती है।
    4. एक नियंत्रण उपकरण (वीसीऑन +) के +आउटपुट चैनल को ओपी-एएमपी के सकारात्मक इनपुट चैनल (विन +) से कनेक्ट करें, जैसा कि चित्रा 2में ग्रीन लाइन द्वारा दिखाया गया है।
    5. बिजली आपूर्ति के चैनल 2 के ग्राउंड (जीएनडी) से कंट्रोल डिवाइस (वीसीऑन-) के आउटपुट चैनल को कनेक्ट करें, जैसा कि फिगर 2में ब्लैक लाइन द्वारा दिखाया गया है ।
      नोट: (वीसीऑन-) को जमीन (जीएनडी) से कनेक्ट करते समय, चैनल 2 के जीएनडी के अलावा चरण 2.3.1 के दौरान जुड़े टर्मिनलों में से एक से कनेक्ट करना संभव है।
    6. प्रत्येक मामले में 1 kΩ और 10 kΩ मूल्यों के बिजली प्रतिरोध तैयार करें और उन्हें लाल रेखा और काली रेखा के बीच कनेक्ट करें, जैसा कि चित्रा 2में दिखाया गया है।
    7. 1 kω और 10 kω के बीच टर्मिनल को ओपी-एएमपी (विन-) के नकारात्मक इनपुट चैनल से कनेक्ट करें, जैसा कि चित्रा 2में बैंगनी रेखा द्वारा दिखाया गया है।
    8. ओपी-एएमपी (Vout) के आउटपुट चैनल और चरण 2.3.1 में वर्णित विद्युत टर्मिनलों में से एक से लाइनें खींचें। चित्रा 2में नारंगी रेखा द्वारा दिखाए गए प्रभाव हेडर से लाइनों को कनेक्ट करें।
    9. बिजली आपूर्ति के बारे में चैनल 1-3 वीसीसी और चैनल 2-10 वीसीसी की वोल्टेज सेट करें। बाद में, नियंत्रण डिवाइस से ~ 0 वी-5 वी के नियंत्रण संकेत उत्पन्न करें।
      नोट: उत्पन्न ~ 0 वी-5 वी नियंत्रण संकेतों को ओपी-एएमपी द्वारा ~-3 वी-+10 वी तक परिलक्षित किया जाएगा, जो चरण 2.2.1 और 2.2.2 में वर्णित प्रभाव हेडर को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक है।

3. प्रयोग डिजाइन

नोट: यह अनुभाग बहुलक फिल्म पर प्रभाव-प्रकार गर्म उभरने वाले डिवाइस और नक्काशी डॉट पैटर्न को नियंत्रित करने की प्रक्रियाओं का वर्णन करता है।

  1. कंट्रोल कंप्यूटर (पीसी) का उपयोग करके एक्स-स्टेज और जेड-स्टेज को नियंत्रित करने के लिए एक चरण-नियंत्रण कार्यक्रम (उदाहरण के लिए, माइक्रोमूव) स्थापित करें।
  2. नियंत्रण पीसी पर नियंत्रण डिवाइस का पता लगाने के लिए DAQ ड्राइवर सॉफ्टवेयर स्थापित करें जो प्रभाव हेडर को नियंत्रित करता है और नियंत्रण डिवाइस को नियंत्रित करने के लिए एक ऑपरेटिंग प्रोग्राम (जैसे, MATLAB) स्थापित करता है।
  3. सॉफ्टवेयर स्थापित करने के बाद, पैटर्निंग प्रयोग का संचालन करने के लिए चित्रा 3ए में दिखाए गए हार्डवेयर वातावरण का निर्माण करें।
    1. हार्डवेयर वातावरण के निर्माण के लिए चित्रा 3ए में दिखाया गया एक्स स्टेज, जेड चरण, प्रभाव हेडर, फिल्म धारक और हीट प्लेट स्थापित करें।
    2. फिल्म धारक पर बहुलक फिल्म को ठीक करें और फिल्म को साफ ठीक करने के लिए मोशन 1 और 2 (चित्रा 1बीदेखें) का उपयोग करके बहुलक फिल्म की स्थिति को समायोजित करें।
      नोट- डायरेक्शन 2 को एडजस्ट करते समय फिल्म को फ्लैट रखने के लिए दोनों फिल्म होल्डर्स की लोकेशन समानांतर होनी चाहिए। हीट प्लेट पर फिल्म को फ्लैट बनाने के लिए डायरेक्शन 1 के हिसाब से पोजिशन कम करके फिल्म होल्डर को एडजस्ट करने की सिफारिश की जाती है, जैसा कि फिगर 1बीमें दिखाया गया है ।
    3. बहुलक फिल्म फिक्सिंग के बाद, ग्लास संक्रमण तापमान के ऊपर फिल्म गर्म करने के लिए गर्मी की थाली के तापमान को समायोजित करें।
      नोट: फिल्म के प्रत्येक प्रकार के अपने गिलास संक्रमण तापमान है । इसलिए, इसी डेटाशीट में फिल्म के भौतिक गुणों की जांच करने के बाद गर्मी की थाली के तापमान को अपने स्वयं के ग्लास संक्रमण तापमान में समायोजित करने की सिफारिश की जाती है।
  4. हार्डवेयर सेट करने के बाद, नियंत्रण सर्किट को एक साथ रखें जैसा कि स्टेज और इम्पैक्ट हेडर को नियंत्रित करने के लिए फिगर 3बी में दिखाया गया है।
    1. कॉन्ट िक 3बीमें दिखाए गए नियंत्रण वातावरण के निर्माण के लिए पीसी, नियंत्रण बोर्ड, बिजली आपूर्ति और ओपी-एएमपी तैयार करें। चित्रा 2 में दिखाए गए उपकरणों को कनेक्ट करें और फिर कंप्यूटर को कंट्रोल बोर्ड से कनेक्ट करें।
    2. चरण 2.3.9 में वर्णित बिजली आपूर्ति के चैनल 1 और 2 के माध्यम से क्रमशः 3 वीसीसी और 10 वीसीसी मूल्यों को ओपी-एएमपी में दर्ज करें।
  5. कंट्रोल कंप्यूटर का उपयोग करके स्टेज और इम्पैक्ट हेडर को नियंत्रित करें।
    1. स्टेज कंट्रोल प्रोग्राम का उपयोग करके एक्स और जेड चरणों को नियंत्रित करके प्रभाव हेडर की प्रारंभिक स्थिति को समायोजित करें।
      नोट: प्रभाव हेडर की प्रारंभिक स्थिति को समायोजित करते समय, यह सुनिश्चित करें कि प्रभाव हेडर और हीट प्लेट के बीच कोई टक्कर न हो। अगर जेड-स्टेज की स्थिति बहुत कम है तो प्रस्तावक हीट प्लेट से टकरा जाएगा, जिससे प्रस्तावक और हीट प्लेट दोनों को नुकसान पहुंचेगा। यदि दोनों उपकरणों को नुकसान होता है, तो यह पॉलीमेरिक सामग्री पर ठीक पैटर्न के निर्माण में बाधा डालेगा।
    2. ऑपरेटिंग प्रोग्राम का उपयोग करके, नियंत्रण डिवाइस से 5 वी नियंत्रण संकेत उत्पन्न करें। चरण 2.3.1-2.3.9 के अनुसार, ओपी-एएमपी 5 वी नियंत्रण संकेत को +10 वी तक बढ़ा देगा, प्रभाव हेडर को चालू करेगा, और बहुलक फिल्म पर पैटर्न उत्कीर्ण करेगा।
    3. अब ऑपरेटिंग प्रोग्राम का उपयोग करके कंट्रोल डिवाइस से 0 वी कंट्रोल सिग्नल जेनरेट करें। चरण 2.3.1-2.3.9 के अनुसार, ओपी-एएमपी 0 वी नियंत्रण संकेत को -3 वी तक बढ़ा देगा और प्रभाव हेडर को बंद कर देगा।
      नोट: प्रभाव हेडर के प्रस्तावक उठाया जाएगा, नए पैटर्न उत्कीर्ण करने के लिए इंतज़ार कर रहे ।
    4. अगले पैटर्न को उत्कीर्ण करने के लिए एक्स-स्टेज को स्थिति में ले जाएं।
    5. पॉलीमर फिल्म पर 3x को क्रमिक रूप से चरण दोहराकर उत्कीर्ण पैटर्न 3x।
    6. प्रारंभिक स्थिति से जेड चरण 10 माइक्रोन को कम करें और जेड-चरण चालों की संख्या की गिनती करते हुए चरण 3.5.5 निष्पादित करें। जब जेड-स्टेज आंदोलनों की संख्या तीन से अधिक हो जाती है, तो एक्स-स्टेज को प्रारंभिक स्थिति में ले जाएं और जेड-चरण को स्थानांतरित करके प्रभाव हेडर को अधिकतम रूप से बढ़ाएं।
      नोट: जेड-स्टेज की ऊंचाई बदलने से डॉट पैटर्न की गहराई और चौड़ाई में समायोजन सुनिश्चित होगा।
  6. फिल्म धारक से बहुलक फिल्म को अलग करें और कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप (सामग्री की तालिकादेखें) का उपयोग करके प्रत्येक पैटर्न की चौड़ाई और गहराई को मापें, जैसा कि चित्र4एमें दिखाया गया है।
    1. माप प्रक्रिया शुरू करने से पहले, माइक्रोस्कोप के आवर्धन मूल्य का चयन करें और पॉलीमर फिल्म की स्कैनिंग स्थिति को समायोजित करने के लिए शुरू में प्रत्यक्ष अवलोकन मोड का उपयोग करें। प्रत्यक्ष अवलोकन के माध्यम से स्थिति को समायोजित करने के बाद, बहुलक फिल्म को ठीक करें और स्कैनिंग मोड को लेजर स्कैनिंग मोड में बदल ें।
      नोट: कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करते समय, नमूना को ठीक करने के लिए एक्रेलिक पैनल का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है, जैसा कि चित्र4बीमें दिखाया गया है।
    2. लेजर स्कैनिंग मोड का उपयोग करके, डॉट पैटर्न की गहराई और चौड़ाई को मापें।
  7. फिल्म के प्रकार को बदलने के बाद चरण 3.3.2-3.6.2 दोहराएं।
    नोट: फिल्म के प्रत्येक प्रकार के कांच संक्रमण तापमान को ध्यान में रखते हुए, गर्मी की थाली पर प्रत्येक फिल्म रखने से पहले गर्मी की थाली के तापमान सेट । इस अध्ययन में, पीवीसी फिल्म का ग्लास संक्रमण तापमान 100 डिग्री सेल्सियस है; पीएमएमए फिल्म के लिए यह 95 डिग्री सेल्सियस है, और पीईटी फिल्म के लिए यह 75 डिग्री सेल्सियस है।

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Representative Results

प्रभाव प्रिंट प्रकार की गर्म उभरने की प्रक्रिया एक प्रक्रिया है जिसका उपयोग वास्तविक समय में बहुलक फिल्म पर डॉट पैटर्न उत्कीर्ण करने के लिए किया जा सकता है, जैसा कि चित्रा 1में दिखाया गया है। यह प्रक्रिया मौजूदा गर्म उभरने की प्रक्रिया से जुड़े पैटर्न प्रतिस्थापन के लिए उच्च लागत और लंबे समय के मुद्दों को हल कर सकती है। एक नियंत्रण सर्किट का निर्माण किया गया था, जैसा कि चित्रा 2 में दिखाया गया है (चरण 2.3-2.3.9 देखें), डीएक्यू, ओपी-एएमपी और बिजली आपूर्ति का उपयोग करके ऑन-ऑफ ऑपरेशन के दौरान प्रभाव हेडर के कार्यान्वयन द्वारा विभिन्न प्रकार की बहुलक फिल्मों पर पैटर्न बनाने के लिए। लागू प्रभाव प्रिंट प्रकार गर्म उभरने की प्रक्रिया चित्रा 3में दिखाया गया है ।

प्रभाव प्रिंट प्रकार गर्म उभरने के पिछले अध्ययनों में, केवल पीएमएमए फिल्मों पर प्रयोगों को मान्य किया गया था, जबकि किसी अन्य बहुलक फिल्मों का परीक्षण नहीं किया गया था । यह सत्यापित करने के लिए कि प्रभाव प्रिंट-प्रकार गर्म उभरने वास्तविक समय में अन्य बहुलक फिल्मों पर पैटर्न उत्कीर्ण कर सकते हैं, पीएमएमए फिल्म, पीवीसी फिल्म और पीईटी फिल्म का उपयोग करके प्रयोग किए गए थे। जेड-स्टेज का उपयोग करके हर तीन बिंदुओं के लिए प्रभाव हेडर की ऊंचाई 10 माइक्रोन से कम हो गई थी, और हमने परीक्षण किया कि क्या नौ डॉट्स तीन प्रकार की फिल्मों पर विभिन्न ऊंचाइयों के साथ डॉट पैटर्न बना सकते हैं। चित्रा 3में दिखाए गए उपकरणों का उपयोग करते हुए, तीन बहुलक फिल्मों पर एक डॉट पैटर्न बनाया गया था, और पैटर्न का निरीक्षण करने के लिए एक कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप का उपयोग किया गया था (चरण 3.6 देखें)।

डॉट पैटर्न चित्र4बीमें दिखाया गया है । जैसा कि चित्र4बीमें दिखाया गया है, नौ बिंदुओं का उपयोग किया गया था, और पैटर्न का आकार नमूना 1 (S1) से नमूना 3 (S3) तक बढ़ गया क्योंकि जेड-स्टेज की ऊंचाई 10 माइक्रोन से नीचे चली गई। इस मामले में, तीन बहुलक फिल्मों के कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप द्वारा द्वि-आयामी (2डी) छवियों को चित्र 5में दिखाया गया है। चित्रा 5 में 2D छवि प्रत्येक पैटर्न के S1 भाग से पता चलता है। चित्रा 5ए एक पीईटी फिल्म नमूना 50 माइक्रोन मोटी, चित्रा 5बी एक PMMA फिल्म नमूना 175 माइक्रोन मोटी से पता चलता है, और चित्रा 5सी एक पीवीसी फिल्म नमूना 300 माइक्रोन मोटी से पता चलता है. चित्रा 6 कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप के लेजर स्कैनिंग मोड (एलएसएम) का उपयोग करके एक डॉट पैटर्न के 2डी माइक्रोग्राफ और एस1 के 3डी माइक्रोग्राफ दिखाता है। जैसा कि चित्र 6में दिखाया गया है, हम प्रत्येक डॉट पैटर्न की पैटर्न चौड़ाई और गहराई को माप सकते हैं, और पैटर्न एक डॉट की 2डी छवि के माध्यम से स्पष्ट रूप से नमूदार था।

कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप के 3डी फ़ंक्शन का उपयोग करके तीन बहुलक फिल्मों पर नौ डॉट पैटर्न की चौड़ाई और गहराई परिणाम तालिका 1में दिखाए जाते हैं। पीईटी फिल्म अन्य बहुलक फिल्मों की तुलना में पतली है। इसलिए, हमने नमूना सावधानी से बनाया ताकि जेड-स्टेज समायोजित होने पर प्रभाव हेडर हीट प्लेट को न छुए। पीईटी के लिए, S1 में पैटर्न चौड़ाई और गहराई के औसत मूल्य क्रमशः 110.6 माइक्रोन और 10.3 माइक्रोन थे, जिसमें ~-5.6-6.2% और ~-3.3-1.7% की इसी त्रुटियां थीं। S2 के लिए, जेड चरण की ऊंचाई 10 माइक्रोन से कम होने के बाद, पैटर्न चौड़ाई और गहराई के लिए औसत मूल्य क्रमशः 155.2 माइक्रोन और 17.0 माइक्रोन में बदल गए, ~ -5.2-2.8% और ~-3.0-2.0% की इसी त्रुटियों के साथ। S3 के लिए, जेड चरण की ऊंचाई के बाद एक और 10 μm से कम हो गया था, पैटर्न चौड़ाई और गहराई के लिए औसत मूल्यों क्रमशः १७०.८ μm और २५.७ μm में बदल गया, ~-2.8-4.2% और ~-2.7-2.3% की इसी त्रुटियों के साथ ।

पीएमएमए के लिए, S1 में पैटर्न चौड़ाई और गहराई के औसत मूल्य क्रमशः 240.2 माइक्रोन और 112.2 माइक्रोन थे, जिसमें ~-1.2-1.3% और ~-4.1-2.8% की इसी त्रुटियां थीं। S2 के लिए, जेड चरण की ऊंचाई 10 माइक्रोन से कम होने के बाद, पैटर्न चौड़ाई और गहराई के लिए औसत मूल्य क्रमशः 250.0 माइक्रोन और 129.8 माइक्रोन में बदल गए, ~ -2.0-2.0% और ~-1.8-1.1% की इसी त्रुटियों के साथ। S3 के लिए, जेड चरण की ऊंचाई के बाद एक और 10 μm से कम हो गया था, पैटर्न चौड़ाई और गहराई के लिए औसत मूल्यों को 281.2 μm और 141.3 μm में बदल गया, ~-3.1-3.8% और ~-3.3-2.6% की इसी त्रुटियों के साथ।

पीवीसी के लिए, S1 में पैटर्न चौड़ाई और गहराई के औसत मूल्य क्रमशः 236.4 माइक्रोन और 136.1 माइक्रोन थे, जिसमें ~-6.3-4.0% और -~ 5.6-3.9% की इसी त्रुटियां थीं। S2 के लिए, जेड चरण की ऊंचाई 10 माइक्रोन से कम होने के बाद, पैटर्न चौड़ाई और गहराई के औसत मूल्यक्रमशः 250.8 माइक्रोन और 150.7 माइक्रोन में बदल गए, ~ -2.5-2.4% और ~-2.1-2.8% की इसी त्रुटियों के साथ। S3 के लिए, जेड चरण की ऊंचाई के बाद एक और 10 μm से कम हो गया था, पैटर्न चौड़ाई और गहराई के औसत मूल्यों को 263.5 μm और 159.2 μm में बदल गया, ~-6.7-11.7% और ~-5.0-7.5% की इसी त्रुटियों के साथ।

तीन बहुलक फिल्मों के लिए पैटर्न गहराई और चौड़ाई के रेखांकन चित्र 7में दिखाए गए हैं । एस1 से S3 तक हर तीन डॉट पैटर्न के लिए जेड-स्टेज की ऊंचाई में 10 माइक्रोन की कमी आई थी, ताकि फिल्म की चौड़ाई और गहराई S1 से S3 तक बढ़ जाए । अधिकतम त्रुटि पीवीसी के लिए -6.7-11.7% की सीमा में थी और न्यूनतम त्रुटि पीएमएमए के लिए -1.2-1.3% से लेकर थी। निष्कर्ष में, तीन प्रकार की फिल्मों के लिए डॉट पैटर्न में त्रुटियां मामूली हैं । इससे पता चलता है कि प्रभाव प्रिंट-प्रकार की गर्म उभरने की प्रक्रिया वास्तविक समय में बहुलक फिल्मों पर माइक्रोपैटर्न उत्कीर्णकरने के लिए उपयुक्त है।

Figure 1
चित्रा 1: प्रभाव प्रिंट प्रकार गर्म उभरने प्रौद्योगिकी का डिजाइन। (A)फिल्म धारक के प्रभाव प्रिंट-प्रकार की हॉट एम्बॉसिंग प्रक्रिया का 3डी डिजाइन,(बी)डिजाइन। फिल्म होल्डर मोशन 1 और मोशन 2 डायरेक्शन में मूव कर सकता है और इसका इस्तेमाल फिल्म को ठीक करने या उसे साइड में ले जाने के लिए किया जा सकता है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: बिजली एम्पलीफायर सर्किट का योजनाबद्ध डिजाइन। इस तस्वीर में, सर्किट बनाने के लिए छह उपकरणों का उपयोग किया जाता है: दो चैनलों के साथ एक बिजली की आपूर्ति, एक उच्च शक्ति परिचालन एम्पलीफायर (ओपी-एएमपी), एक नियंत्रण उपकरण, एक प्रभाव हेडर, और विभिन्न मूल्यों के साथ दो प्रतिरोध घटक। प्रत्येक डिवाइस छवि में जुड़ा हुआ है, और कनेक्शन लाइनों विभिन्न रंगों में दिखाए जाते हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: प्रभाव प्रिंट-प्रकार की हॉट उभरने की प्रक्रिया और नियंत्रण सर्किट का कार्यान्वयन। (A)प्रभाव प्रिंट-प्रकार की हॉट उभरने की प्रक्रिया का कार्यान्वयन, और(ख)नियंत्रण प्रणाली की प्रायोगिक सेटिंग्स कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: डॉट पैटर्न के साथ कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप उपकरण और पीईटी फिल्म। (A)बहुलक फिल्म पर डॉट पैटर्न की पैटर्न चौड़ाई और गहराई को मापने के लिए कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप उपकरण। (ख)पीईटी फिल्म पर डॉट पैटर्न । नौ पैटर्न डॉट पैटर्न (S1, S2, S3) की सबसे कम गहराई से तीन वर्गों में विभाजित हैं, और प्रत्येक खंड में तीन अंक हैं। माइक्रोग्राफ कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप के 2डी फ़ंक्शन का उपयोग करके लिए जाते हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करके द्वि-आयामी फोटोमाइक्रोग्राफ। (A)50 माइक्रोन पीईटी फिल्म का 2डी फोटोमाइक्रोग्राफ,(बी)175 पीएमएमए फिल्म का 2डी फोटोमाइक्रोग्राफ, और(C)300 पीवीसी फिल्म का 2D फोटोमाइक्रोग्राफ कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 6
चित्र6: कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप के एलएसएम मोड का उपयोग करके एक डॉट पैटर्न के दो आयामी माइक्रोग्राफ और एस 1 के 3डी माइक्रोग्राफ। (A)50-माइक्रोन मोटी पीईटी फिल्म पर तीन डॉट पैटर्न का 3डी माइक्रोग्राफ और एक डॉट पैटर्न का 2डी माइक्रोग्राफ। (ख)175-माइक्रोन मोटी पीएमएमए फिल्म पर तीन डॉट पैटर्न का 3डी माइक्रोग्राफ और एक डॉट पैटर्न का 2डी माइक्रोग्राफ। (C)तीन डॉट पैटर्न का 3डी माइक्रोग्राफ और 300-माइक्रोन मोटी पीवीसी फिल्म पर एक डॉट पैटर्न का 2डी माइक्रोग्राफ कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 7
चित्रा 7: तीन बहुलक फिल्मों पर S1, S2, और S3 के लिए पैटर्न चौड़ाई और गहराई के रेखांकन । जेड-स्टेज की स्थिति में S1 से S3 तक हर तीन डॉट पैटर्न के लिए 10 माइक्रोन की वृद्धि हुई थी, और प्रत्येक ग्राफ तालिका 1 में दिखाए गए डेटा पर आधारित है। (ए)पीईटी फिल्म के लिए पैटर्न चौड़ाई और पैटर्न गहराई का परिणाम। (ख)पीएमएमए फिल्म के लिए पैटर्न चौड़ाई और पैटर्न गहराई का परिणाम । (ग)पीवीसी फिल्म के लिए पैटर्न चौड़ाई और पैटर्न गहराई के परिणाम । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

बहुलक फिल्म नमूना संख्या पैटर्न चौड़ाई का औसत (μm) पैटर्न गहराई का औसत (μm) त्रुटि दर चौड़ाई (%) त्रुटि दर गहराई (%)
पीवीसी फिल्म S1 236.4 136.1 -6.3 ~ 4.0% -5.6 ~3.9%
S2 250.8 150.7 -2.5%~ 2.4% -2.1 ~ 2.8%
S3 263.5 159.2 -6.7%~11.7% -5.0 ~ 7.5%
पीएमएमए फिल्म S1 240.2 112.2 -1.2 ~ 1.3% -4.1 ~ 2.8%
S2 250 129.8 -2.0 ~2.0% -1.8 ~1.1%
S3 281.2 141.3 -3.1 ~ 3.8% -3.3 ~ 2.6%
पीईटी फिल्म S1 110.6 10.3 -5.6 ~ 6.2% -3.3 ~ 1.7%
S2 155.2 17 -5.2 ~ 2.8% -3.0 ~2.0%
S3 170.8 25.7 -2.8 ~4.2% -2.7 ~ 2.3%

तालिका 1: तीन बहुलक फिल्मों पर नौ डॉट पैटर्न के माप परिणाम । तालिका में मूल्यों को कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप के 3 डी माप समारोह का उपयोग करके मापा गया था और पैटर्न चौड़ाई और गहराई के औसत मूल्यों और S1, S2 और S3 के लिए पैटर्न त्रुटियों का प्रतिनिधित्व करता है।

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Discussion

इस अध्ययन में, हमने प्रभाव प्रिंट-प्रकार की गर्म उभरने की प्रक्रिया को लागू किया और वास्तविक समय में बहुलक फिल्मों की एक श्रृंखला पर विभिन्न चौड़ाई और गहराई के साथ डॉट पैटर्न उत्कीर्ण किया। प्रोटोकॉल चरणों में, सभी चरणों के बीच दो चरणों पर गंभीर रूप से विचार किया जाना चाहिए । पहला हीट प्लेट (चरण 3.3.3) के तापमान की सेटिंग है, और दूसरा प्रभाव हेडर (चरण 3.5.1) की प्रारंभिक स्थिति की स्थापना है। स्टेप 3.3.3 में अगर हीट प्लेट का तापमान बहुत ज्यादा है तो पैटर्न बनाना मुश्किल हो जाता है क्योंकि फिल्म का कालापन उम्दा पैटर्न बनाने में बाधा डालता है। दूसरी ओर, यदि गर्मी की थाली का तापमान बहुत कम है, तो पैटर्न सुचारू रूप से उत्कीर्ण नहीं है। प्रभाव हेडर की प्रारंभिक स्थिति का कारक महत्वपूर्ण है क्योंकि प्रभाव हेडर की स्थिति पैटर्न की गहराई और चौड़ाई से संबंधित है। इसके अलावा अगर इम्पैक्ट हेडर की ऊंचाई बहुत कम है तो इम्पैक्ट हेडर का प्रस्तावक हीट प्लेट से टकरा जाएगा, जिससे प्रस्तावक और हीट प्लेट दोनों को नुकसान होगा। यह क्षति न केवल प्रस्तावक की नोक को नीचे पहनती है बल्कि अगले चरण में उत्कीर्ण पैटर्न की ऊंचाई और चौड़ाई पर भी प्रतिकूल प्रभाव पड़ता है। इन कारणों से, चरण 3.3.3 और 3.5.1 के दौरान, हीटिंग तापमान और इग्निशन स्थिति पर सावधानीपूर्वक विचार किया जाना चाहिए।

प्रभाव-प्रकार गर्म उभरने पर पहले के काम में, पीएमएमए फिल्म के साथ एक डॉट पैटर्निंग प्रक्रिया का उपयोग किया गया था, जिसमें बहुलक फिल्म15,16से जुड़ी निर्धारण समस्या के कारण विचलन त्रुटियां थीं।15 इस समस्या को हल करने के लिए, हीट प्लेट के दोनों ओर फिल्म धारकों का उपयोग कर बहुलक फिल्म फिक्सिंग पर विचार किया गया था, और इस रणनीति ने पहले के मूल्यों की तुलना में त्रुटि को कम कर दिया। यह भी दिखाया गया कि विभिन्न चौड़ाई और गहराई वाले डॉट पैटर्न को वास्तविक समय में पीईटी फिल्म और पीवीसी फिल्मों जैसी विभिन्न बहुलक फिल्मों पर उत्कीर्ण किया जा सकता है। पिछले गर्म उभरने की प्रक्रियाओं के साथ पीएमएमए की त्रुटि दर की तुलना करते हुए, प्रत्येक फिल्म नमूने के परिणामों से पता चला कि पैटर्न चौड़ाई और गहराई में त्रुटियों को काफी कम कर दिया गया था।

हालांकि डॉट पैटर्न में कुछ गड़बड़ी बनी रही। हमने इन त्रुटियों के लिए दो कारणों पर विचार किया । पहला बहुलक फिल्म के ग्लास ट्रांजिशन तापमान के कारण सतह के परिवर्तन से संबंधित है। जब प्रत्येक फिल्म अपने ग्लास संक्रमण तापमान से ऊपर गर्म हो जाती है, तो बहुलक फिल्म की सतह नरम हो जाती है, और फिल्म धारक का उपयोग करते समय निश्चित रहने पर भी फिल्म की सतह थोड़ी बढ़ जाती है, जिससे त्रुटि होती है। इसे रोकने के लिए अगर हीट प्लेट का तापमान ग्लास ट्रांसफर तापमान से कम हो तो पॉलीमर फिल्म की आणविक संरचना का संयोजन मजबूत होता है, लेकिन बहुलक फिल्म पर पैटर्न भी उत्कीर्ण नहीं होता। इसलिए, दोहराए गए प्रयोगों के माध्यम से प्रत्येक संबंधित बहुलक फिल्म के लिए इष्टतम मूल्य ढूंढना बोझिल है। दूसरा कारण हीट प्लेट की असंतुलन की समस्या है। गर्म उभरने की प्रक्रिया के दौरान फिल्म को तपता है कि गर्मी की थाली की सतह पूरी तरह से गर्म पैटर्न की ऊंचाई समान रूप से उत्कीर्ण करने के लिए क्षैतिज होना चाहिए । हालांकि, यदि गर्मी की थाली थोड़ी इच्छुक है, तो पैटर्न चौड़ाई या पैटर्न ऊंचाई में त्रुटियां तब होंगी जब पैटर्न एक अलग स्थिति का उपयोग करता है। इस समस्या को हल करने के लिए, हम मानते हैं कि एक डिवाइस जो वास्तविक समय में सतह की ऊंचाई को स्कैन कर सकता है, प्रभाव हेडर से जुड़ा होना चाहिए। सतह की ऊंचाई को ठीक से मापने के लिए स्कैनिंग उपकरणों पर अधिक शोध किया जाना चाहिए।

सुझाए गए प्रक्रिया द्वारा उत्पादित पैटर्न की परिशुद्धता की सीमाएं भी हैं। प्रत्येक पैटर्न की चौड़ाई और गहराई प्रस्तावक (प्रभाव सिर) की नोक के व्यास पर निर्भर करती है और जिस गहराई पर प्रस्तावक बहुलक फिल्म पर उत्कीर्ण होता है। इस प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले प्रस्तावक की नोक का व्यास 9 माइक्रोन है, और उत्कीर्ण पैटर्न की सटीकता में 9 माइक्रोन की न्यूनतम पैटर्न चौड़ाई होती है। हालांकि, मौजूदा प्लेट-टू-प्लेट प्रकार और रोल-टू-रोल प्रकार हॉट एम्बॉसिंग प्रक्रियाएं एनएम रेंज में पैटर्न सटीक स्तर प्रदान करती हैं। एक पैटर्न की सटीकता की इस कमी को प्रभाव हेडर में प्रस्तावक की नोक के व्यास को कम करके हल किया जा सकता है। एनएम इकाइयों में प्रस्तावकों को संसाधित करने के लिए यांत्रिक या रासायनिक प्रक्रियाओं पर इस प्रकार अब तक अपर्याप्त शोध है। यदि यांत्रिक या रासायनिक प्रक्रियाओं का अध्ययन किया जाता है ताकि प्रस्तावक टिप एनएम इकाइयों में संसाधित किया जा सके, तो उम्मीद है कि इन सीमाओं को दूर किया जाएगा। फिर भी, पारंपरिक तरीकों के विपरीत, प्रस्तावित प्रक्रिया प्रभाव हेडर का उपयोग करके वास्तविक समय में उत्कीर्णन पैटर्न में परिवर्तन की अनुमति देती है, और यह नए पैटर्न को बदलने या एक गलत प्रक्रिया पाए जाने पर पैटर्न को बदलने का लाभ प्रदान करती है।

इसके बाद, हमने प्रस्तावित प्रक्रिया की प्रसंस्करण गति की तुलना मौजूदा रोल-टू-रोल प्रकार की हॉट एम्बॉसिंग प्रक्रिया से की। पारंपरिक रोल-टू-रोल प्रकार के लिए, प्रक्रिया की गति 10 मिमी/एस12है । प्रस्तावित प्रभाव प्रिंट-प्रकार की हॉट एम्बॉसिंग प्रक्रिया 6 हर्ट्ज-10 हर्ट्ज की प्रदर्शन आवृत्ति प्रदान करती है। अगर 10 एमएम पॉलिमर फिल्म पर दस अंक मान लिए जाएं तो प्रोसेसिंग स्पीड 6 एमएम/सेकंड और मैक्सिमम 10 एमएम/एस है। नतीजतन, प्रसंस्करण की गति उपयोगकर्ता द्वारा आवश्यक पैटर्न के आधार पर भिन्न होगी। इसलिए, इस प्रक्रिया को बड़े पैमाने पर उत्पादन और विभिन्न उत्पाद और छोटे मात्रा में उत्पादन प्रक्रियाओं पर भी लागू किया जा सकता है।

यदि हम अपनी वर्तमान तकनीक को विकसित करना जारी रखते हैं, तो यह बिंदु पैटर्न के अलावा निरंतर पैटर्न उत्कीर्ण करने में सक्षम होगा। निरंतर पैटर्न उत्कीर्ण करना विभिन्न तरीकों से उपयोगी हो सकता है। उदाहरण के लिए, विद्युत तत्वों को रखकर या उत्कीर्ण पैटर्न पर चालक्की स्याही लगाकर, एक माइक्रोइलेक्ट्रिकल सर्किट का निर्माण किया जा सकता है। विशेष रूप से, क्योंकि यह प्रक्रिया बहुलक फिल्मों पर माइक्रो-या नैनोपैटर्न उत्कीर्ण करने पर काम करने से जुड़ी हुई है, इसे लचीले उपकरणों के निर्माण के लिए लागू किया जा सकता है। इसके अलावा, जैसा कि हमारी विधि मौजूदा गर्म उभरने वाली प्रक्रियाओं की तरह है, इस काम का उपयोग लचीले तांबे पहने लेमिनेट (एफसीसीएलएस) या लचीले मुद्रित सर्किट बोर्ड (एफपीसीबी) के निर्माण के लिए किया जा सकता है। इसके अलावा, प्रभाव प्रिंट-प्रकार की गर्म उभरने की प्रक्रिया को पहनने योग्य उपकरणों या सेंसर जैसे सामग्रियों की एक व्यापक श्रृंखला में लागू करने के लिए, डिवाइस के आधार पर विभिन्न चौड़ाई और गहराई का उपयोग करके डॉट पैटर्न को बदलना आवश्यक है। यहां जांच की गई प्रभाव प्रिंट-प्रकार की गर्म उभरने की प्रक्रिया का लाभ वास्तविक समय में पैटर्न की चौड़ाई और गहराई को समायोजित करते हुए विभिन्न पैटर्न उत्कीर्ण करने में सक्षम है। इसके अलावा, प्रोटोकॉल में उल्लिखित तकनीक पारंपरिक पैटर्निंग प्रक्रिया की तुलना में एक सरल प्रक्रिया का उपयोग करती है। इसलिए, हम आश्वस्त हैं कि प्रभाव प्रिंट-प्रकार की हॉट उभरने वाली प्रौद्योगिकी को न केवल बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए बल्कि भविष्य में छोटी मात्रा वाले बैच उत्पादन उद्योग तक भी बढ़ाया जा सकता है ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है

Acknowledgments

इस शोध को कोरिया के व्यापार, उद्योग और ऊर्जा मंत्रालय (एन046100024, 2016) के माध्यम से "एक चालशील नैनो-कंपोजिट सामग्री का उपयोग करके एक चालशील परत के लिए प्रभाव प्रिंट-प्रकार गर्म उभरने वाली तकनीक का विकास" नामक परियोजना द्वारा समर्थित किया जाता है।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
0.3mm High Quality Clear Rigid Packaging PVC Film Roll For Vacuum Forming Sunyo SY1023 PVC film / Thickness : 300µm
Acryl(PMMA) film SEJIN TS C200 PMMA film / Thickness : 175µm
Confocal Laser Scanning Microscope: 3D-Topography for Materials Analysis and Testing Carl Zeiss LSM 700 3D confocal microscope / Supporting Mode : 2D, 2.5D, 3D topography
DAQ board NATIONAL INSTRUMENTS USB-6211 Control board for two stage and impact header / 16 inputs, 16-bit, 250kS/s, Multifunction I/O
DC Power Supply SMART RDP-305AU 3 channel power supply / output voltage : 0~30V, Output current : 0~5A
L511 stage PI L511.20SD00 Z-stage / Travel range : 52mm
Large Digital Hotplate DAIHAN Scientific HPLP-C-P Heatplate / Max Temp : 350ºC
M531 stage PI M531.2S1 X-stage / Travel range : 306mm
Mylar Polyester PET films CSHyde 48-2F-36 PET film / Thickness : 50µm
OPA2541 BURR-BROWN OPA2541BM OP-AMP / Output currents : 5A, output voltage : ±40V

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References

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Kim, M., Ahn, J., Bae, J., Song, J., Kim, D., Yun, D. Study of a Dot-patterning Process on Flexible Materials using Impact Print-Type Hot Embossing Technology. J. Vis. Exp. (158), e60694, doi:10.3791/60694 (2020).

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