微纳米压印辊筒 - 模具加工技术

卓越创新包容责任

微纳米压印辊筒- 模具加工技术

王必昌2013.09.05

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Contents

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1 Production Chain

2 R2R UV Imprinting

3 超精密滚筒模具加工4 快刀伺服 (FTS) 加工5 滚筒或平板模具 - 镀层处理 6 雾面 ( 亚光 ) 滚筒模具加工

7 超镜面滚筒抛光加工8 KDX 模具事业部设备能量9 大功率激光直写加工

10 DLC 技术11 AR 反射膜之模具开发12 总结



卓越创新包容责任© 2011 KDX Corporation. All rights reserved.

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Production Chain

Roller UV/HotEmbossing




R2R UV Imprinting 技术涂布头

UV胶放卷

结构轮

UV 照射

收卷

UV 胶 - 液态 UV 胶 - 固态

UV 固化原理

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UV 固化成型技术优势

低污染，安全性高，无溶剂或低溶剂量配合冷却设备可达低温硬化，耐热性较差之素材亦可使用，提高选用弹性，节省能源设备空间小结构转写性佳 (vs hot embossing/ extrusion)低压制程 (vs hot embossing/extrusion)

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UV 固化成型实例 - Prism

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超精密滚筒模具加工机

内容精度

位置精度X 轴 ± 0.3 μm up to

300mm

Z 轴 ± 1.5 μm up to 2,800mm

主轴 (C 轴 ) 位置精度 ± 1 秒

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长度 : Max. 3.5m

直径 : Max. 600

mm

重量 : Max. 3,000

kg

加工能力




超精密滚筒模具加工技术

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加工实例

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快刀伺服 (FTS) 加工

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利用 PZT stage 和加工机的高速运动进行高精度 3 次元微细形状的加工

垂直加工橫向加工




条数实测值 (mm) 设计值 (mm) 误差100 33.6405 33.64 0500 168.189 168.2 0.011

1000 336.38237 336.4 0.017632000 672.78203 672.8 0.017973268 1099.33667 1099.3552 0.01853

加工精度测量 - Lenticular lens

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测试图片 Film 截面测量




滚筒或平板模具 - 镀层处理

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• 镀层处理 I ：– 适合超精密钻石加工的 NiP镀层– 提高滚筒模具使用寿命– 基材 : 铜 , 不锈钢 , Stavax– 镀层性质：

• 硬度 > 400Hv• 磷含量 (P%) >12% in

deposition layer• 无针孔 (Pint hole free) <

0.1% @ cm2, φ< 1um

• 镀层处理 II ：– 适合超精密钻石加工的硬质铜镀层– 提高刀具使用的寿命– 基材 : 工具钢 , 不锈钢– 镀层性质：

• 硬度 > 220Hv• 无针孔 (Pint hole free) <

0.1% @ cm2, φ< 1um




NiP/Cu 加工材料电镀线滚轮模具镀硬质铜厚度 800~1000um 滚轮模具镀 NiP 厚度 200~600um 最大电镀滚轮尺寸：总长度： Max. 3 m 轮面： Max. 2.7 m 直径： Max. 500mm

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滚轮喷射喷嘴空气喷嘴砂材

空压机

雾面 ( 亚光 ) 滚筒模具加工

滚轮模具喷砂原理14

提供不同雾度 (Haze) 需求的滚轮模具：

雾度： 5%~75%镀层材质： Cu 、 Ni 、 NiP

最大喷砂滚轮尺寸：轮面： Max. 2.4 m 直径： <350mm




雾面结构分析项目雾镍 70 喷砂 50 喷砂 58 喷砂 62

平面图1000X

3D 图

备注Haze%:70.8 ，

透过率 % ： 96.6Ra 值为 1.369um高度差为 7.357um

Haze%:49.3透过率 % ： 94.3Ra 值为 0.307um高度差为

1.294um

Haze%:58.5透过率 % ： 95.2Ra 值为 0.342um高度差为

1.823um

Haze%:62.透过率 % ： 95.8Ra 值为 0.415um高度差为

2.264um

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超镜面滚筒抛光加工可加工材质：

Cr , NiP , StainlessTungsten and Ceramic

设备规格：长度 : Max. 4m直径 : Max. 600mm重量 : Max. 2,000 kg

粗糙度规格：Ra <0.005um( 视抛光材质而定 )

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镜面滚筒抛光结果• NiP plated roller after cutting

(L=1500mm, Dia.=270mm)

Ra = 0.08 umRmax= 0.514 um

Ra = 0.016 umRmax= 0.163 um

Ra = 0.004 umRmax= 0.045 um

Ra = 0.05 umRmax= 0.588 um

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• Cr plated roller (L=1500mm, Dia.=270mm)




KDX 模具事业部设备能量张家港 - 保税区厂区• 超精密滚筒加工机 2 台；清洗线 1 条；喷砂机

1 台张家港 - 426 厂区• 超精密滚筒加工机 4 台；清洗线 5 条；喷砂机 1 台；抛光机 1 台

南通康得新精密模具公司• 精密滚筒加工机 1 台；抛光机 1 台；拉丝机 1台• 镀镍线 1 条 (3 条筹划中 ) ；镀铜线 1 条

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Mechanism of Laser Ablation

微渣飛濺

能量吸收

加热

熔化

汽化 Plasma 喷发

能量传至晶格，破坏结合键

能量吸收

NS Laser PS/FS Laser

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NS/PS Laser 加工比较

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图像信号控制激光光强连续不断作用于金属表面

图像信号控制激光光强3D 数据完整复制到滚筒表面多次雕刻深度最大达 800um成像轮廓平滑逼真无“台阶“实现真正意义上的 3D

大功率激光直写加工图案文件激光讯号 / 位置讯号激光加工平面扫描

3D 扫描

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激光直写雕刻机

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加工实例

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Laser Lithography 加工图例

d 最小线宽 d ： 8 um最大深度为 d x 1.5倍

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光阻显影后直接做 DLC coating 后用于生产。

省掉传统方式须蚀刻 Cu 及电镀 Cr 的过程

DLC 技术

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AR 反射膜之模具开发利用自组装原理在表面形成具次波长光学效果之次微米结构数组的模具 , 利用 UV 固化成型制作出具 AR 效果之光学膜

Al coated on roller

Al

AAO

Al

UV light20~100℃

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http://www.eyedesignbook.com/ch3/fig3-22mothcoatBG.jpg

http://www.eyedesignbook.com/ch3/fig3-22mothcoatBG.jpg




AR 抗反射膜样品

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(a) PET 基材与具抗反射层基材于自然光下之实际抗反射程度比较

(b) 转印后获得深宽比 1:2.5 之具次波长抗反射结构

(c) 深宽比 1:1.5之具次波长抗反射结构




总结

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R2R 压印技术已是渐趋成熟生产技术，其大量生产特性提供微 / 奈米结

构未来更多的普及与应用。因此压印用滚筒模具加工技术，将成为其核心关键技术。非接触式或化学刻蚀的微结构模具加工技术可提供精密机械加工外更多的制程弹性空间，提供光学设计者更大发挥空间。

Laser direct writing

Laser Lithography

Holography

AAO


Thank You29

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