面向微光學元件加工的納米壓印系統(tǒng)設(shè)計及過程仿真.pdf

1、微光學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現(xiàn)連續(xù)浮雕微光學元件的批量加工。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)納米級線條圖形的復制，然而對于微光學元件這種大面積、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勢在必行。壓印機需具備以下特點：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，成本低；各個功能模塊更換簡單，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)對加工過程的影響對熱壓印中聚合物的填充過程進行建模，利用有限元軟件模擬了熱壓印的填充過程并分析了不同壓印時間對回彈的影響。最終得到優(yōu)化的壓印參數(shù)并用于微光學元件的加工實驗。
　　（2）完成了基于微光學元件加工的納米壓印機的設(shè)計與調(diào)試機械結(jié)構(gòu)：完成了納米壓印設(shè)備機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計。以保證壓力均勻為主要目標，首先采用龍門式封閉機身消除機身變形產(chǎn)生

3、的誤差。其次利用長短軸套分別與導柱配合減小壓印時上下壓頭的不平行。最終設(shè)計了球面配合結(jié)構(gòu)，保證在力執(zhí)行器的軸線與機身軸線不平行時機構(gòu)仍然運動自如。
　　壓力及溫度控制計：設(shè)計了基于高速開關(guān)閥和氣缸的壓力控制系統(tǒng)。首先研究了電/氣開關(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PWM控制的氣壓伺服系統(tǒng)進行建模，得到了輸出壓力與控制量的關(guān)系，為控制算法的實現(xiàn)提供了理論依據(jù)。其次設(shè)計了基于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，成功達到了壓力控制系統(tǒng)的設(shè)計指標。設(shè)計了加熱和隔熱機構(gòu)，完成了溫度控制系統(tǒng)的搭建，并達到系統(tǒng)要求。
　　控制軟件：編寫了基于Visual C++的納米壓印機控制軟件，可以用于參數(shù)的設(shè)定，壓印過程的控制及數(shù)據(jù)（壓力和溫度數(shù)據(jù)）的保存和顯示。
　?。?）納米壓印機關(guān)鍵性能指標的測試及壓印實驗主要對以下性能進行測試：上下壓頭的平行度；壓力控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、線性度及分辨力；溫度控