CN108298799A - 压印模具及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种压印模具及其制造方法。此压印模具包含石墨基底、中间层、以及碳膜。石墨基底的热膨胀系数大于约6x10‑6(1/℃)。中间层沉积在石墨基底的表面上。碳膜覆盖在中间层上。石墨基底易加工且可提升压印制程的稳定性。中间层可预防石墨基底剥离，并可改善石墨基底的表面缺陷，而可提升压印层的表面的平整度。碳膜可提供抗沾黏功能，而可提升压印品质的效果。
Description
技术领域
本发明是有关于一种压印技术，且特别是有关于一种压印模具及其制造方法。
背景技术
目前，在玻璃等材料的压印制程中，压印模具通常采用氧化铝(Al2O3)或碳化硅(SiC)等陶瓷烧结材料来制作。然而，这类陶瓷烧结材料所制成的压印模具坚硬而难以加工，导致压印模具昂贵，致使压印制程的成本高。
另一方面，陶瓷烧结材料所制成的压印模具的表面中有许多的孔洞，因此在压印过程中，液态的玻璃会渗入并塡充在压印模具表面的孔洞中。如此一来，不仅玻璃易沾黏在压印模具的表面，而不易脱模，而且脱模后的玻璃的表面平整度不佳，会增加玻璃压印后抛光与修边等后处理的难度。
发明内容
因此，本发明的一目的就是在提供一种压印模具及其制造方法，其压印模具包含石墨基底。由于石墨易加工，因此可制作出结构复杂、精度高的压印模具。此外，石墨基底为优异的电热导体，且热膨胀系数低，并具高热稳定性与热充压性，化学性质优异而与大多数材料不会反应，且在高温下强度随温度升高而增大，并具优良润滑与抗磨性。因此，石墨基底的选用有利于提升压印制程的稳定性。
本发明的另一目的是在提供一种压印模具及其制造方法，其压印模具包含中间层，此中间层可为陶瓷层，且此中间层是以镀覆方式设于石墨基底上，因此中间层可改善石墨基底的表面缺陷，并可对石墨基底提供硬且坚固的保护，而可预防石墨基底剥离。而且，由于中间层并非利用烧结方式形成，因此可大幅提升中间层表面的平滑度，而可提升玻璃等压印层的表面的平整度，进而可有效降低压印层的后处理的难度。
本发明的又一目的是在提供一种压印模具及其制造方法，其压印模具还包含具有抗沾黏功能的碳膜设于中间层上，因此碳膜可防止压印层于脱模时黏附在压印模具的表面，而可大大地减少压印层表面的缺陷，达到有效提升压印品质的效果。
根据本发明的上述目的，提出一种压印模具。此压印模具包含石墨基底、中间层、以及碳膜。石墨基底的热膨胀系数大于约6x10-6(1/℃)。中间层沉积在石墨基底的表面上。碳膜覆盖在中间层上。
依据本发明的一实施例，上述的中间层的厚度为约1μm至约500μm。
依据本发明的一实施例，上述的中间层的材料为钛(Ti)、硅(Si)、铝(Al)、其碳化物、或其氮化物，其中碳化物可为碳化钛(TiC)或碳化硅(SiC)，氮化物可为氮化钛(TiN)或氮化硅(Si3N4)。
依据本发明的一实施例，上述的碳膜的厚度为约1nm至约1μm。
依据本发明的一实施例，上述的碳膜的碳含量等于或大于约70at.％，且碳膜的硬度大于约10GPa。
依据本发明的一实施例，上述的碳膜的材料为钻石或类钻碳。
根据本发明的上述目的，另提出一种压印模具的制造方法。在此方法中，制备石墨基底，其中石墨基底的热膨胀系数大于约6x10-6(1/℃)。沉积中间层在石墨基底的表面上。形成碳膜覆盖在中间层上。
依据本发明的一实施例，上述的中间层的厚度为约1μm至约500μm。
依据本发明的一实施例，上述的中间层的材料为钛、硅、铝、或其碳化物、或其氮化物。
依据本发明的一实施例，上述沉积中间层时包含利用等离子辅助化学气相沉积(PECVD)制程或热化学气相沉积(thermal CVD)制程。
依据本发明的一实施例，上述进行等离子辅助化学气相沉积制程时包含使用工作气体，且此工作气体包含四氯化钛(TiCl4)、乙氰(CH3CN)、氮气(N2)、氢气(H2)与氩气(Ar)，且中间层的材料为碳氮化钛。
依据本发明的一实施例，上述进行热化学气相沉积制程时包含使用工作气体，且此工作气体包含四氯化硅(SiCl4)、甲烷(CH4)、氢气与氩气，且中间层的材料为碳化硅。
依据本发明的一实施例，上述碳膜的厚度为约1nm至约1μm。
依据本发明的一实施例，上述碳膜的碳含量等于或大于约70at.％，且此碳膜的硬度大于约10GPa。
依据本发明的一实施例，上述碳膜的材料为钻石或类钻碳。
依据本发明的一实施例，上述形成碳膜时包含利用热丝化学气相沉积(hotfilament CVD，HFCVD)制程或等离子辅助化学气相沉积制程。
依据本发明的一实施例，上述进行热丝化学气相沉积制程时包含使用工作气体，且此工作气体包含甲烷与氢气，碳膜的材料为钻石。
依据本发明的一实施例，上述进行等离子辅助化学气相沉积制程时包含使用工作气体，且此工作气体包含甲烷与氩气。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1是绘示依照本发明的一实施方式的一种压印模具的剖面示意图；以及
图2是绘示依照本发明的一实施方式的一种压印模具的制造方法的流程图。
具体实施方式
请参照图1，其是绘示依照本发明的一实施方式的一种压印模具的剖面示意图。本实施方式的压印模具100可适用以压印玻璃等压印材料。在一些实施例中，压印模具100主要包含石墨基底110、中间层120、以及碳膜130。石墨基底110是由石墨所组成，且具有用以压印塑形的表面112。在一些示范实施例中，石墨基底110的热膨胀系数大于约6x10-6(1/℃)。
中间层120沉积在石墨基底110的表面112上。在本实施方式中，中间层120是以沉积方式而非以烧结方式形成在石墨基底110的表面上。在一些示范实施例中，中间层120为陶瓷层。举例而言，中间层120的材料可为钛、硅、铝、或其碳化物、或其氮化物，其中碳化物可为碳化钛或碳化硅，氮化物可为氮化钛或氮化硅。在一些实施例中，中间层120的厚度可为约1μm至约500μm。
碳膜130覆盖在中间层120上。在一些实施例中，碳膜130的碳含量可等于或大于约70at.％，且碳膜130的硬度可大于约10GPa。举例而言，碳膜130的材料可为钻石或类钻碳。在一些示范实施例中，碳膜130的厚度可为约1nm至约1μm。
由于石墨为优异的电热导体、热膨胀系数低、具高热稳定性与热充压性、化学性质优异而与大多数材料不会反应、在高温下强度随温度升高而增大、以及具优良润滑与抗磨性，因此石墨基底110的选用有利于提升压印制程的稳定性。而且，石墨易于加工，因此可制作出结构复杂、精度高的压印模具100。
其次，镀覆于石墨基底110的表面112上的中间层120不仅可改善石墨基底的表面缺陷，并可对石墨基底110提供硬且坚固的保护，而可防止石墨基底剥离110。此外，由于中间层120并非利用烧结方式形成，因此中间层120具有较平滑的表面，因而可提升逃压印模具100所压印的材料层的表面的平整度，进而可有效降低材料层经压印后的后处理的难度。
再者，设于中间层120上的碳膜130具有抗沾黏效果，因此碳膜130可防止压印材料层于脱模时黏附在压印模具100的表面，而可大幅减少压印材料层的表面的缺陷，进而可有效提升压印品质的效果，减少压印后处理的成本。
请同时参照图1与图2，其中图2是绘示依照本发明的一实施方式的一种压印模具的制造方法的流程图。在一些实施例中，制作如图1所示的压印模具100时，可先进行步骤200，以根据待压印材料所需结构加工石墨，而制备出具有用以压印塑形的表面112的石墨基底110。石墨基底110是由石墨所组成。
接下来，可进行步骤202，利用沉积方式形成中间层120于石墨基底110的表面112上。中间层120可例如为陶瓷层。中间层120的材料可例如为钛、硅、铝、或其碳化物、或其氮化物，其中碳化物可为碳化钛或碳化硅，氮化物可为氮化钛或氮化硅。此外，沉积中间层120时可例如使中间层120的厚度为约1μm至约500μm。举例而言，沉积中间层120时包含利用等离子辅助化学气相沉积制程或热化学气相沉积制程。然，本发明并不限于此，本发明亦可使用其它沉积技术来制作中间层120。
在一些实施例中，以等离子辅助化学气相沉积制程沉积中间层120时，可包含利用一工作气体，此工作气体可包含四氯化钛、乙氰、氮气、氢气与氩气，且所形成的中间层120的材料为碳氮化钛。在一些示范实施例中，以等离子辅助化学气相沉积制程沉积中间层120时，除了采用四氯化钛、乙氰、氮气、氢气与氩气作为工作气体外，更可将制程压力控制在约1torr，将石墨基底110的温度控制在约600℃，以及使用频率约1.5KW的中频电源供应器。
举例而言，进行此等离子辅助化学气相沉积制程时，可先将石墨基底110置入丙酮中，并以超音波方式清洗约10分钟。接下来，将石墨基底110自丙酮中拿出，再放入约60℃的烘箱烘烤约15分钟。然后，将石墨基底110放入等离子辅助化学气相沉积***的腔室中，并对腔室抽真空至约10mtorr以下。再加热至约600℃并持温约10分钟后，先通入氩气，再将频率约1.5KW的中频电源供应器打开，接着通入四氯化钛、乙氰、氮气、氢气与氩气，使制程压力保持约1torr约5小时。如此可得到一层坚固且致密的碳氮化钛陶瓷层。
在一些实施例中，以热化学气相沉积制程沉积中间层120时，可包含利用一工作气体，此工作气体可包含四氯化硅、甲烷、氢气与氩气，且所形成的中间层120的材料为碳化硅。在一些示范实施例中，以热化学气相沉积制程沉积中间层120时，除了采用四氯化硅、甲烷、氢气与氩气作为工作气体外，更可将制程压力控制在约160torr，以及将石墨基底110的温度控制在约1350℃。
举例而言，进行此热化学气相沉积制程时，可先将石墨基底110置入丙酮中，并以超音波方式清洗约10分钟。接下来，将石墨基底110自丙酮中拿出，再放入约60℃的烘箱烘烤约15分钟。然后，将石墨基底110放入热化学气相沉积***的腔室中，并对腔室抽真空至约10mtorr以下。而后通入大量氢气，再加热至约1350℃并持温约10分钟后，通入四氯化硅、甲烷、氢气与氩气，并使制程压力保持约160torr。经约3小时的镀膜后，可得到一层坚固且致密的碳化硅陶瓷层。
接着，可进行步骤204，利用例如沉积方式形成碳膜130覆盖在中间层120上，而完成压印模具100的制作。在一些实施例中，碳膜130的碳含量可等于或大于约70at.％，且碳膜130的硬度可大于约10GPa。举例而言，碳膜130的材料可为钻石或类钻碳。在一些示范实施例中，碳膜130的厚度可为约1nm至约1μm。沉积碳膜130时包含利用例如热丝化学气相沉积制程或等离子辅助化学气相沉积制程。然，本发明并不限于此，本发明亦可使用其它沉积技术来制作碳膜130。
在一些实施例中，以热丝化学气相沉积制程沉积碳膜130时，可包含利用一工作气体，此工作气体可包含甲烷与氢气，且所形成的碳膜130的材料为钻石。在一些示范实施例中，以热丝化学气相沉积制程沉积碳膜130时，除了采用甲烷与氢气作为工作气体外，更可将制程压力控制在约5torr，以及将石墨基底110的温度控制在约800℃。
举例而言，进行此热丝化学气相沉积制程时，可先将镀完中间层120的石墨基底110置入丙酮中，并以超音波方式清洗约10分钟。接下来，将镀完中间层120的石墨基底110自丙酮中拿出，再放入约60℃的烘箱烘烤约15分钟。然后，将镀完中间层120的石墨基底110放入热丝化学气相沉积***的腔室中，并对腔室抽真空至约10mtorr以下。接着，通入氢气，并加热至石墨基底110的温度达约800℃时持温约10分钟后，再通入甲烷，并使制程压力保持约5torr。经约6小时的镀膜后，可得到一层坚固且致密的钻石膜。
在一些实施例中，以等离子辅助化学气相沉积制程沉积碳膜130时，可包含利用一工作气体，此工作气体可包含甲烷与氩气。在一些示范实施例中，以等离子辅助化学气相沉积制程沉积碳膜130时，除了采用甲烷与氩气作为工作气体外，更可将制程压力控制在约20mtorr，将石墨基底110的温度控制在约300℃，以及使用频率约150W的射频(RF)电源供应器。
举例而言，进行此等离子辅助化学气相沉积制程时，可先将镀完中间层120的石墨基底110置入丙酮中，并以超音波方式清洗约10分钟。接下来，将镀完中间层120的石墨基底110自丙酮中拿出，再放入约60℃的烘箱烘烤约15分钟。然后，将镀完中间层120的石墨基底110放入等离子辅助化学气相沉积***的腔室中，并对腔室抽真空至约10mtorr以下。接着，加热至约600℃时持温约10分钟后，先通入氩气，再将频率约150W的射频电源供应器打开，接着通入甲烷与氩气，并使制程压力保持约20mtorr约3小时。如此可得到一层致密碳膜。
由上述的实施方式可知，本发明的一优点就是因为本发明的压印模具包含石墨基底，由于石墨易加工，因此可制作出结构复杂、精度高的压印模具。此外，石墨基底为优异的电热导体，且热膨胀系数低，并具高热稳定性与热充压性，化学性质优异而与大多数材料不会反应，且在高温下强度随温度升高而增大，并具优良润滑与抗磨性。因此，石墨基底的选用有利于提升压印制程的稳定性。
由上述的实施方式可知，本发明的另一优点就是因为本发明的压印模具的制造方法包含镀覆中间层于石墨基底上，此中间层可改善石墨基底的表面缺陷，并可对石墨基底提供硬且坚固的保护，而可预防石墨基底剥离。而且，由于中间层并非利用烧结方式形成，因此可大幅提升中间层表面的平滑度，而可提升玻璃等压印层的表面的平整度，进而可有效降低压印层的后处理的难度。
由上述的实施方式可知，本发明的又一优点就是因为本发明的压印模具还包含具有抗沾黏功能的碳膜设于中间层上，因此碳膜可防止压印层于脱模时黏附在压印模具的表面，而可大大地减少压印层表面的缺陷，达到有效提升压印品质的效果。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何在此技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (18)
1.一种压印模具，其特征在于，包含：
一石墨基底，其中该石墨基底的热膨胀系数大于6x10-6(1/℃)；
一中间层，沉积在该石墨基底的一表面上；以及
一碳膜，覆盖在该中间层上。
2.根据权利要求1所述的压印模具，其特征在于，该中间层的厚度为1μm至500μm。
3.根据权利要求1所述的压印模具，其特征在于，该中间层的材料为钛、硅、铝、或其碳化物、或其氮化物。
4.根据权利要求1所述的压印模具，其特征在于，该碳膜的厚度为1nm至1μm。
5.根据权利要求1所述的压印模具，其特征在于，该碳膜的碳含量等于或大于70at.％，且该碳膜的硬度大于10GPa。
6.根据权利要求1所述的压印模具，其特征在于，该碳膜的材料为钻石或类钻碳。
7.一种压印模具的制造方法，其特征在于，包含：
制备一石墨基底，其中该石墨基底的热膨胀系数大于6x10-6(1/℃)；
沉积一中间层在该石墨基底的一表面上；以及
形成一碳膜覆盖在该中间层上。
8.根据权利要求7所述的压印模具的制造方法，其特征在于，该中间层的厚度为1μm至500μm。
9.根据权利要求7所述的压印模具的制造方法，其特征在于，该中间层的材料为钛、硅、铝、或其碳化物、或其氮化物。
10.根据权利要求7所述的压印模具的制造方法，其特征在于，沉积该中间层时包含利用一等离子辅助化学气相沉积制程或一热化学气相沉积制程。
11.根据权利要求10所述的压印模具的制造方法，其特征在于，进行该等离子辅助化学气相沉积制程时包含使用一工作气体，且该工作气体包含四氯化钛、乙氰、氮气、氢气与氩气，且该中间层的材料为碳氮化钛。
12.根据权利要求10所述的压印模具的制造方法，其特征在于，进行该热化学气相沉积制程时包含使用一工作气体，且该工作气体包含四氯化硅、甲烷、氢气与氩气，且该中间层的材料为碳化硅。
13.根据权利要求7所述的压印模具的制造方法，其特征在于，该碳膜的厚度为1nm至1μm。
14.根据权利要求7所述的压印模具的制造方法，其特征在于，该碳膜的碳含量等于或大于70at.％，且该碳膜的硬度大于10GPa。
15.根据权利要求7所述的压印模具的制造方法，其特征在于，该碳膜的材料为钻石或类钻碳。
16.根据权利要求7所述的压印模具的制造方法，其特征在于，形成该碳膜时包含利用一热丝化学气相沉积制程或一等离子辅助化学气相沉积制程。
17.根据权利要求16所述的压印模具的制造方法，其特征在于，进行该热丝化学气相沉积制程时包含使用一工作气体，且该工作气体包含甲烷与氢气，该碳膜的材料为钻石。
18.根据权利要求16所述的压印模具的制造方法，其特征在于，进行该等离子辅助化学气相沉积制程时包含使用一工作气体，且该工作气体包含甲烷与氩气。
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