面向微光學(xué)元件加工的納米壓印系統(tǒng)設(shè)計(jì)及過(guò)程仿真.pdf

1、微光學(xué)元件是制造小型光電子系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，有著廣闊的應(yīng)用前景。微光學(xué)元件的加工是其發(fā)展的主要瓶頸，而納米壓印技術(shù)可以高精度、高效率和低成本的實(shí)現(xiàn)連續(xù)浮雕微光學(xué)元件的批量加工。目前商業(yè)化的納米壓印設(shè)備大多致力于微電子行業(yè)納米級(jí)線(xiàn)條圖形的復(fù)制，然而對(duì)于微光學(xué)元件這種大面積、低深寬比的結(jié)構(gòu)，研制一種適用于大范圍壓印的納米壓印機(jī)勢(shì)在必行。壓印機(jī)需具備以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，成本低；各個(gè)功能模塊更換簡(jiǎn)單，易于改裝；大面積壓印壓力均勻，上下壓

2、頭平行度好?；谝陨闲枨?，本文主要工作如下：
　?。?）研究了納米壓印工藝及主要壓印參數(shù)對(duì)加工過(guò)程的影響對(duì)熱壓印中聚合物的填充過(guò)程進(jìn)行建模，利用有限元軟件模擬了熱壓印的填充過(guò)程并分析了不同壓印時(shí)間對(duì)回彈的影響。最終得到優(yōu)化的壓印參數(shù)并用于微光學(xué)元件的加工實(shí)驗(yàn)。
　?。?）完成了基于微光學(xué)元件加工的納米壓印機(jī)的設(shè)計(jì)與調(diào)試機(jī)械結(jié)構(gòu)：完成了納米壓印設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。以保證壓力均勻?yàn)橹饕繕?biāo)，首先采用龍門(mén)式封閉機(jī)身消除機(jī)身變形產(chǎn)生

3、的誤差。其次利用長(zhǎng)短軸套分別與導(dǎo)柱配合減小壓印時(shí)上下壓頭的不平行。最終設(shè)計(jì)了球面配合結(jié)構(gòu)，保證在力執(zhí)行器的軸線(xiàn)與機(jī)身軸線(xiàn)不平行時(shí)機(jī)構(gòu)仍然運(yùn)動(dòng)自如。
　　壓力及溫度控制計(jì)：設(shè)計(jì)了基于高速開(kāi)關(guān)閥和氣缸的壓力控制系統(tǒng)。首先研究了電/氣開(kāi)關(guān)伺服系統(tǒng)的特性，采用脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM）控制輸入輸出氣缸的氣體流量，并對(duì)PWM控制的氣壓伺服系統(tǒng)進(jìn)行建模，得到了輸出壓力與控制量的關(guān)系，為控制算法的實(shí)現(xiàn)提供了理論依據(jù)。其次設(shè)計(jì)了基于MSP430F14

4、9的壓力控制系統(tǒng)硬件，采用PID控制算法作為控制策略，成功達(dá)到了壓力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。設(shè)計(jì)了加熱和隔熱機(jī)構(gòu)，完成了溫度控制系統(tǒng)的搭建，并達(dá)到系統(tǒng)要求。
　　控制軟件：編寫(xiě)了基于Visual C++的納米壓印機(jī)控制軟件，可以用于參數(shù)的設(shè)定，壓印過(guò)程的控制及數(shù)據(jù)（壓力和溫度數(shù)據(jù)）的保存和顯示。
　?。?）納米壓印機(jī)關(guān)鍵性能指標(biāo)的測(cè)試及壓印實(shí)驗(yàn)主要對(duì)以下性能進(jìn)行測(cè)試：上下壓頭的平行度；壓力控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、線(xiàn)性度及分辨力；溫度控