专利名称：一种硬质合金冲压模具的制作方法
技术领域：
本发明属于冲压模具的精细加工方法，用于制作金属货币、印章或 商品防伪标记所用的合金冲压模具。
背景技术：
目前，制作金属货币、印章行业的硬质合金模具一直沿用机械切削 工艺完成图文加工制作。传统货币、印章的防伪主要依赖于设计雕刻师 的经验和高精度的加工设备，虽然近年来开发了异形、双色、斜齿、边 部滚字等防伪工艺，但防伪效果并不突出。
专利号200410021632. 2的一种冲压模具的制作方法，实际上是一种 印刷晒图的方法用于模具制作，制作的模具条纹尺寸太大，条纹最细只 有8um(微米)，图形没有色彩，伪造者容易仿造。
中国金币总公司发行的《滴水观音》金银币利用专利号98120515.1 的制作技术，其方法是先在玻璃上进行光刻过程，将图纹制作在光刻 玻璃上，然后进行电铸工艺，又把光刻玻璃上的图纹复制在镍板上，最 终将镍板上的图纹压印在金币上。由于镍板很薄，厚度小于0.1mm，很容 易损坏，压印几次图纹，镍板就需要更换。
澳大利亚皇家造币厂日前发行2004年普通金属精制套币(http:〃 雨.chinalcw. com/Html/jpsxl/2007-9/21/0792110323969010. html)， 其中最抢眼的当属袋鼠群l澳元幻彩币。它由铜铝合金铸成，该币使用 了一种微型模制复制工艺，它使用一枚高精密度的弹性印模将复杂的微 型图案(幻彩图像)移印到硬币的表面，弹性印模上的袋鼠群图案(将 要出现在硬币背面的图像)是由一束精确的电子光束刻制的。铸造时首先用通常的方法压制硬币正面的女王头像，然后进入第二道工序，将每 一枚币涂上树脂层，最后用弹性印模压制。此时被应用到硬币表面的图 案已经过特殊处理，使它产生幻彩效果，而且当硬币被倾斜时，图像会 连续运动。该方法的缺点是弹性印模不能在硬币的金属表面上直接压制 出光栅图纹。
发明内容
本发明提供- 种硬质合金冲压模具的制作方法，克服现有技术在硬 质合金表面制作模具条纹尺寸太大的问题，提高目前贵重金属货币、印 章和其它通过冲压形成图纹的产品的防伪能力。
本发明的 一种硬质合金冲压模具的制作方法，包括
(1) 涂胶步骤模具在i(xrc 25(rc温度下烘烤后，在模具表面均
匀涂覆光刻胶，再烘烤，烘烤温度和时间依据光刻胶对应的参数确定；
(2) 曝光步骤把制作好的光刻掩模板置于涂覆光刻胶的模具表面， 用紫外光曝光方式将光刻掩模板图纹转移到光刻胶上，曝光能量依据生 产商给出的该光刻胶需要的参数确定；
(3) 显影步骤用显影液将需要凹下部位的光刻胶冲掉，露出模具 金属表面，留下需要凸出部位的光刻胶，用纯水清洗，氮气吹干，显影 时间显影时间依据光刻胶生产商给出的参数确定；
(4) 坚膜步骤对显影后模具表面留下的光刻胶进行老化处理，形 成耐刻蚀保护层，老化处理的温度与时间依据光刻胶生产商给出的参数 确定；
(5) 侧、背面保护步骤将模具侧面和背面用油漆涂敷；
(6) 刻蚀步骤采用干法刻蚀或湿法刻蚀对模具各部分分别进行刻
蚀；(7) 去胶步骤用光刻胶对应的溶剂浸泡去模具，去除表面光刻胶， 丙酮去除侧边油漆后，纯水冲洗，氮气吹干模具；
(8) 镀铬步骤用丙酮清洗模具，在模具表面镀铬。
所述的制作方法，其特征在于
所述涂胶步骤中，所述光刻胶为正性光刻胶或负性光刻胶，涂覆厚
度O. 5um 260um;
所述曝光步骤中，正性光刻胶使用正性光刻掩模板，负性光刻胶使 用负性光刻掩模板；
所述显影步骤中，所述显影液，不同的光刻胶对应使用相应的显影
液；
所述刻蚀步骤中，干法刻蚀采用感应耦合刻蚀或反应离子刻蚀，刻 蚀线条的宽度、深度，由刻蚀的时间，选用的气体种类，线圈功率，平 板功率大小决定，选用的气体为Cl2、 BC13、 Ar、 SF6、 CF4、 02中的一种 或两种；湿法刻蚀的刻蚀剂为硝酸、盐酸、硫酸、铬酸中的一种；
所述镀铬步骤中，所述有机溶剂为丙酮、乙醇中的一种或多种。
所述的制作方法，其特征在于
所述刻蚀步骤采取干法刻蚀时，(1)所述涂胶步骤之前，先在抛光 的模具表面镀镍，厚度为200nm 3Mm; (2)在刻蚀步骤中，先用硝酸、 盐酸、硫酸、铬酸中的一种去除显影后暴露出的镍层部分，然后再用干 法刻蚀对模具进行刻蚀。
在需要进行多次刻蚀时，采用光刻胶涂敷在巳经完成的图纹表面， 对其进行保护，然后再对需要加深、加宽的图纹进行再刻蚀。采用本发明对冲压模具进行加工，模具材料为钢或钛或钼或铝等金 属及它们的合金，在这些冲压模具上制造出精夷的含有不同色彩、隐形图
纹和微纳尺寸的文字图纹，图纹线条最细可以达到nm (纳米)级，深度 和宽度之比也能达到10:1，甚至更大；lmm(毫米)范围内，条纹数量可 以到数千条，随条纹密度不同，图纹可以呈不同色彩。本发明制作的模 具能将全息信息复制到金属、塑料等材料上。
本发明能縮短模具制作周期、降低成本，能对传统机械雕刻方法进 行加工并已淬火的模具进行二次加工。用干法或湿法刻蚀出含有不同色 彩、隐形图纹和微纳尺寸的文字等其他装饰花纹，制作出具有传统艺术 风格和现代防伪特点的新型模具。制作冲压模具时，可以单独采用木方 法完成全部图案，也可以在机械雕刻或其他雕刻完成后的模具上再用本 方法补充制作其他图纹，两种工艺制作的模具冲压出来的图纹在不同角 度光线照射下能够观察到隐藏图案。用高倍放大镜观察，微縮文字清洗 可辩。
图1为本发明采取干法刻蚀时制作过程示意图； 图2为一防伪图章模具效果示意图3为图2所示防伪图章的部分示意图，表明图形有条纹构成；
图4 (a)为图2所示防伪图章的120°条纹，图4 (b)为图2所示防 伪图徵的6(T条纹，不同方向隐含不同的文字。
具体实施例方式
图1为本发明采取干法刻蚀时制作过程示意图；图中，(A)表示原 模具l， (B)表示在抛光的模具1表面镀镍层2， (C)为涂胶步骤，镀镍的模具烘烤后，模具表面均匀涂覆光刻胶3，再烘烤；(D)为经过曝光步
骤和显影步骤后的模具；(E)为刻蚀步骤，刻蚀部分镍层后的模具；(F)
为刻蚀步骤，刻蚀镍层后在模具表面刻蚀出光栅条纹后的模具；(G)去
除剩余镍层、光刻胶后的模具。
实施例l:干法刻蚀实施例，原模具为金属钛，表面抛光，所用光刻 机型号德国Suss MA-6。
该模具首先在原模为已采用机械雕刻工艺制作的硬制合金钢模A淬 火后再采用本方法完成含有不同色彩、隐形图纹和微纳尺寸的文字图纹 的后续加工而成。
用计算机专用软件设计含有不同色彩、隐形图纹和微纳尺寸的文字 图纹的掩模板，如图2、图3、图4 (a)、图4 (b)所示，图2中白色区 域由传统雕刻工艺制作；其它部分由掩模板制作，条纹密度决定图纹的 颜色，条纹刻蚀深度决定衍射光强度；图3所示的圆环部分，右图表示 其细部的条纹间隔D为2Mm，条纹密度500线/mm，表现为黄色部分，当 条纹密度为300线/mm，表现为红色部分。图4 (a)所示"Z"字部分的 图纹排线角度为60度，图4 (b)所示"品"字部分的图纹排线角度为 120度。
涂覆光刻胶前，先在抛光的模具表面镀镍，厚度200nm。
(1) 涂胶步骤用热板工艺将模具从室温烘烤至25(TC，然后在模
具表面均匀涂覆厚度l. 5陶型号SU8负性光刻胶，再用热板工艺95"C下烘 烤l分钟；
(2) 曝光步骤把制作好的光刻掩模板置亍涂覆光刻胶的模具表面， 用紫外光曝光方式将掩模板图纹转移到光刻胶上，曝光能量110mJ/cm2，
(3) 显影步骤用SU8显影液将需要凹下部位的光刻胶冲掉，露出 模具金属表面，留下需要凸出部位的光刻胶，显影时间1分钟，用纯水清洗，氮气吹干；
(4) 坚膜步骤在15(TC温度K，对显影后模具表面留下的光刻胶 进行8分钟老化处理，形成耐刻蚀保护层；
(5) 侧、背面保护步骤将模具侧面和背面用市面所售任意油漆涂
敷；
(6) 刻蚀步骤先用硫酸刻蚀去除镍层，再釆用ICP千法刻蚀，Cl2
流量为30sccm，腔体气压为3 99 Pa，平板功率100瓦，线圈功率400瓦， 隐形文字刻蚀4分钟，其它部分刻蚀3分钟，多次刻蚀时，要涂覆保护已 刻蚀的部分；
(7) 去胶步骤用SU8光刻胶生产商配套的去膜剂浸泡模具，去除 表面光刻胶，丙酮去除侧边油漆后，纯水冲洗，氮气吹干模具；
(8) 镀铬步骤用丙酮、乙醇分别淸洗模具，在模具表面镀铬。 所制造的防伪图章模具效果如图2、图3、图4 (a)、图4 (b)所示，
图2屮白色区域由传统雕刻工艺制作；其它部分为本发明工艺制作，包 含不同色彩、隐形图纹和微纳尺寸的文字图纹，图纹由条纹构成，条纹 密度决定图纹的颜色；图3所示的圆环部分，右图表示其细部的条纹间 隔D为2Wn，条纹密度500线/mm，表现为黄色部分，当条纹密度为300 线/mm，表现为红色部分。图4 (a)所示"Z"字部分的图纹排线角度为 60度，图4 (b)所示"品"字部分的图纹排线角度为120度。
实施例2:干法刻蚀实施例，原模具为金属钛，表面抛光，所用光刻 机型号德国Suss MA-6。
该模具首先在原模为已采用机械雕刻工艺制作的硬制合金钢模具淬 火后再采用本方法完成含有不同色彩、隐形图纹和微纳尺寸的文字图纹 的后续加工而成。
用计算机专用软件设计含有不同色彩、隐形图纹和微纳尺寸的文字图纹的掩模板，同实施例l。
涂覆光刻胶前，先在抛光的模具:农面镀镍，厚度在3Mm。
(1) 涂胶步骤用热板工艺将模具从室温烘烤至25(TC，然后在模
具表面均匀涂覆厚度260mn型号SU8负性光刻胶，再用热板工艺95t:下烘 烤15分钟；
(2) 曝光步骤把制作好的光刻掩模板置于涂覆光刻胶的模具表面, 用紫外光曝光方式将掩模板图纹转移到光刻胶上，曝光能量680mJ/cm2，
(3) 显影步骤用SU8显影液将需要凹下部位的光刻胶冲掉，露出 模具金属表面，留下需要凸出部位的光刻胶，用纯水清洗，氮气吹干， 显影时间20分钟；
(4) 坚膜步骤在20(TC温度卜"，热板工艺对显影后模具表面留F
的光刻胶进行30分钟老化处理，形成耐刻蚀保护层；
(5) 侧、背面保护步骤将模具侧面和背面用市面所售任意油漆涂
敷；
(6) 刻蚀步骤先用硝酸刻蚀去除镍层，再采用ICP干法刻蚀，Cl2 流量为IOO sccm ，腔体气压为3.99 Pa，平板功率100瓦，线圈功率600 瓦，隐形文字刻蚀4分钟，其它部分刻蚀3分钟，多次刻蚀时，要涂覆保 护已刻蚀的部分；
(7) 用SU8光刻胶生产商配套的去膜剂浸泡模具，去除表面光刻胶， 丙酮去除侧边油漆后，纯水冲洗，氮气吹干模具；
(8) 镀铬步骤用丙酮、乙醇分别清洗模具，在模具表面镀铬。 所制造的防伪图章模具效果同实施例1。
实施例3:原模为表面抛光硬质合金钢，刻蚀图形与实施例l相同， 所用光刻机型号德国Suss MA -6，刻蚀设备是英国STS Multiplex ICP刻蚀机。
(1) 涂胶步骤使用热板工艺将模具从室温烘烤至IO(TC，然后在 模具表面均匀涂覆厚度0. 5Mm型号BP212正性光刻胶，再用热板工艺100 "C下烘烤1分钟；
(2) 曝光步骤把制作好的光刻掩模板置于涂覆光刻胶的模具表面， 用紫外光曝光方式将掩模板图纹转移到光刻胶....t曝光能量90mJ/cm2;
(3) 显影步骤用北京科华型号为MIB显影液显影，去掉凹下部位 的光刻胶，露出模具金属表面，留下需要凸出部位的光刻胶，显影时间
1Q 30秒;
(4) 坚膜步骤在14(TC温度下，使用热板工艺对显影后模具表面 留下的光刻胶进行1分钟老化处理，形成耐刻蚀保护层；
(5) 侧、背面保护步骤将模具侧面和背面用市面所售任意油漆涂
敷；
(6) 刻蚀步骤采用湿法刻蚀方式对模具进行刻蚀，用盐酸对模具
表面露出金属的部分进行腐蚀，隐形文字刻蚀5分钟，其它部分刻蚀3分 钟，多次刻蚀时，要涂覆保护已刻蚀的部分；
(7) 用BP212光刻胶生产商指定的科华去膜剂浸泡模具，去除表面 光刻胶，丙酮去除侧边油漆后，纯水冲洗，氮气吹干模具；
(8) 镀铬步骤用丙酮清洗模具后，在模具表面镀铬。
权利要求
1. 一种硬质合金冲压模具的制作方法，包括(1)涂胶步骤模具在100℃～250℃温度下烘烤后，在模具表面均匀涂覆光刻胶，再烘烤，烘烤温度和时间依据光刻胶对应的参数确定；(2)曝光步骤把制作好的光刻掩模板置于涂覆光刻胶的模具表面，用紫外光曝光方式将光刻掩模板图纹转移到光刻胶上，曝光能量依据生产商给出的该光刻胶需要的参数确定；(3)显影步骤用显影液将需要凹下部位的光刻胶冲掉，露出模具金属表面，留下需要凸出部位的光刻胶，用纯水清洗，氮气吹干，显影时间依据光刻胶生产商给出的参数确定；(4)坚膜步骤对显影后模具表面留下的光刻胶进行老化处理，形成耐刻蚀保护层，老化处理的温度与时间依据光刻胶生产商给出的参数确定；(5)侧、背面保护步骤将模具侧面和背面用油漆涂敷；(6)刻蚀步骤采用干法刻蚀或湿法刻蚀对模具各部分分别进行刻蚀；(7)去胶步骤用光刻胶对应的溶剂浸泡去模具，去除表面光刻胶，丙酮去除侧边油漆后，纯水冲洗，氮气吹干模具；(8)镀铬步骤用有机溶剂清洗模具，在模具表面镀铬。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于所述涂胶步骤中，所述光刻胶为正性光刻胶或负性光刻胶，涂覆厚 度0. 5 u m 260 u m;所述曝光步骤中，正性光刻胶使用正性光刻掩模板，负性光刻胶使 用负性光刻掩模板；所述显影步骤中，所述显影液，不同的光刻胶对应使用相应的显影液；所述刻蚀步骤中，干法刻蚀采用感应耦合刻蚀或反应离子刻蚀，刻 蚀线条的宽度、深度，由刻蚀的时间，选用的气体种类，线圈功率，平 板功率大小决定，选用的气体为Cl2、 BC13、 Ar、 SF6、 CF4、 02中的一种或两种；湿法刻蚀的刻蚀剂为硝酸、盐酸、硫酸、铬酸中的一种； 所述镀铬步骤中，所述有机溶剂为丙酮、乙醇中的一种或多种。
3.如权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于 所述刻蚀步骤采取干法刻蚀时，(1)所述涂胶步骤之前，先在抛光 的模具表面镀镍，厚度为200nm 3陶；(2)在刻蚀步骤中，先用硝酸、 盐酸、硫酸、铬酸中的一种去除显影后暴露出的镍层部分，然后再用干 法刻蚀对模具进行刻蚀。
全文摘要
一种硬质合金冲压模具的制作方法，属于冲压模具的精细加工方法，克服现有技术在硬质合金表面制作模具条纹尺寸太大的问题，提高目前贵重金属货币、印章和其它通过冲压形成图纹的产品的防伪能力。本发明包括涂胶步骤，曝光步骤，显影步骤，老化处理步骤，侧、背面保护步骤，刻蚀步骤，去胶步骤和镀铬步骤。本发明能缩短模具制作周期、降低成本，特别是能制作不同色彩、隐形图纹和微纳尺寸的文字等防伪图案，图纹线条最细可以达到nm(纳米)级，深度和宽度之比也能达到10∶1，甚至更大；1mm(毫米)范围内，条纹数量可以到数千条；能提高各种贵重金属币、章和其它通过冲压形成图纹的产品的防伪能力。
文档编号G03F1/68GK101419402SQ200810197859
公开日2009年4月29日 申请日期2008年11月21日 优先权日2008年11月21日
发明者刘世元, 史铁林, 李晓平, 汤自荣, 陈建军, 陈志凌, 光 黄 申请人:华中科技大学