使用转印膜的三维衬底成像的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及使用转印膜通过光化辐射可固化抗蚀剂组合物的喷墨印刷在三维衬 底上形成图像。更特别地，本发明涉及使用转印膜通过光化辐射可固化抗蚀剂组合物的喷 墨印刷在三维衬底上形成图像，其为有效的且其中所述图像具有改善的分辨率。
【背景技术】
[0002] -些衬底具有三维表面，在其上成像是具有挑战性的。例如，在凹版印刷工业中使 用了一种独特的成像载体，其通常由钢或铝基滚筒制成。所述滚筒用铜电镀，并且接着化学 刻蚀或电机械雕刻，这样印刷区域低于滚筒的表面。在成像区域中，有数千个待刻蚀或待雕 刻到滚筒内的微尺寸单元。
[0003] 在化学刻蚀工艺中，滚筒被光致抗蚀剂的光敏乳剂覆盖。感光艺术作品膜被放置 成直接接触光致抗蚀剂层。光致抗蚀剂接着用穿过感光膜的紫外光曝光。滚筒接着用水或 水基化学试剂显影，冲洗表面以去除未曝光的材料，留下刚性的轮廓鲜明的抗蚀剂。单元整 齐地显影并且在抗蚀剂被清除处留下露出的铜金属。下一步骤是化学刻蚀工艺以刻蚀掉露 出的铜。虽然该工艺被广泛地用于成像凹版滚筒，但它是繁琐、昂贵且浪费材料的。
[0004] 另一工艺，电机械雕刻，目前是非常普遍的。切割单元的物理工艺在特制的金属车 床上进行，其被设计为以均一的方式将非常小的钻石形孔的固定图案切割进入铜滚筒内。 雕刻头控制单元的图案和单元的尺寸。雕刻机的床上的高质量轴承和特有的驱动机械控制 滚筒的旋转和雕刻头底座的横向动作的统一运动。然而，使用这项工艺的对滚筒的处理时 间可以持续数天，取决于滚筒尺寸和单元尺寸的结合。
[0005] 激光雕刻是用于对滚筒成像的另一张方法，其中计算机控制的激光，其像电机械 方法一样，切割具有不同深度和尺寸的单元。原型被扫描入计算机，确定了不同的图像密 度，并且激光刻蚀滚筒。该方法的局限在于成像中铜的高的光反射性和工艺的复杂性。
[0006] 过去，印刷技术也已经就在三维（3D)物体如滚筒上形成图像进行了设想并付诸 实践。这些印刷方法中，喷墨印刷是优选的，由于其高速印刷周转和很少的浪费产生。在过 去的使用喷墨印刷的用于在滚筒物体上形成图案的两种通用方法是直接印刷方法和转印 方法。
[0007] 在直接印刷方法中，在3D或滚筒物体上的喷墨印刷可以通过移动印刷头或物体 实施；然而，固定的印刷头设计限制了便利地在印刷头下移动的物体的尺寸和形状。在印刷 头移动的情况下，印刷头需要在物体上方移动，或物体在印刷头下方，这样的随着物体形状 的路径勾画出轮廓。这里的挑战是找出准确的机器运动系统，其可以充分准确和可重复地 移动印刷头，使得图像或多点即印刷条被对齐。多数机器系统限定了它们可以在三维中移 动到某个确定的点的准确度，而不是追随需要印刷的路径的准确度和均匀度。
[0008] 在转印方法中图像被印刷在中间介质例如纸上，且接着用热、压力和/或通过使 用剥离层被转印到最终的衬底上。图像转印纸放在滚筒物体上，图像面朝下。接着，纸的背 面被烙铁加热或按压以将图像从纸上释放到滚筒（cylinder)上。在将图像完全转移到滚 筒上之后，纸被移走。一些情况下，称为剥离层的额外的涂层被涂覆，这样它们可以容易地 剥离，在最终衬底上留下图像。这种方法的弱点是在墨上的热和压力的使用影响图像的分 辨率。
[0009] 虽然已经有了很多在三维物体上形成图像的工艺，仍然需要一种方法，其可以基 本上减少或消除三维物体上形成图案的上述问题。
【发明内容】
[0010] 一种方法包括：选择性地将包括一种或多种蜡，一种或多种不含酸基的丙烯酸酯 官能单体和一种或多种自由基引发剂的抗蚀剂组合物喷墨到邻近光化辐射透明柔性膜的 第一表面；将带有抗蚀剂组合物的光化辐射透明柔性膜施加到三维衬底的表面，带有抗蚀 剂组合物的光化辐射透明柔性膜的第一表面邻近三维衬底的表面，并且光化辐射透明柔性 膜跟随三维衬底的表面的轮廓（contours);向与带有抗蚀剂组合物的第一表面对立的光 化辐射透明柔性膜的第二表面上施加光化辐射，以固化抗蚀剂组合物；和将光化辐射透明 柔性膜从固化的抗蚀剂组合物上分离，固化的组合物粘附到三维衬底的表面上。
[0011] 所述方法能够通过光化辐射在三维衬底上形成图案，相比许多用于三维衬底成像 中的传统成像方法具有改善的分辨率和速度。相应的，衬底上的特征会更精细、细小和在数 量上增加。这对于许多使用喷墨成像形成增强最小化的表面特征的工业来说是非常理想 的。基本上所有的抗蚀剂组合物从光化辐射透明柔性膜上剥离到三维衬底的表面上，而没 有使用会使图像变形的热和/或过压或在光化辐射透明柔性膜上使用脱模剂。所述方法相 比许多传统方法提供了更有效的三维衬底成像，这是由于减少了工艺步骤和使用的设备。 所述方法可以用于电子设备的部件例如印刷电子线路板和引线框、光电设备、光伏电池设 备，和用于零件的金属抛光和精密模具。
【附图说明】
[0012] 附图为将选择性施加的喷墨图像从光化辐射透明柔性膜转印到三维弯曲衬底的 方法的示意图。
【具体实施方式】
[0013] 如在该说明书全文中使用的，以下缩写符号具有以下含义，除非上下文中另有指 示：°C=摄氏度；g =克；L =升；mL =毫升；cm =厘米；y = ym =微米；dm =分米；m = 米;W =瓦特=安培X伏特；mj =毫焦耳;A/dm2 =安培/平方分米；DI =去离子的；wt% =重量百分比；cP =厘泊；UV =紫外；rpm =转/分；2. 54cm = 1英寸；PCB =印刷电路板 或印刷线路板；3D =三维；K0H =氢氧化钾；ASTM =美国标准实验方法；kV =千伏；和psi =镑/英寸2= 〇. 06805大气压=1. 01325X 10 6达因/厘米2。
[0014]"光化辐射"是指可以产生光化学反应的电磁辐射。"粘度"=内部流体摩擦或者 流体的剪切应力与流体剪切速度的比例。"酸值或酸数"=中和1克游离酸所需要的氢氧化 钾的毫克数，和测量物质中存在的游离酸所需的氢氧化钾的毫克数。"部分（moiety)"的意 思是分子中的原子的特定基团。"邻近"的意思是靠近或接触；所有的百分比都是重量比，除 非另有说明。所有数字范围在任一等级都是可包含的和可任意顺序组合的，除非是逻辑上 该数值范围被限制为加起来到100%。
[0015] 抗蚀剂组合物包括一种或多种蜡，一种或多种不含酸基的丙烯酸酯官能单体和一 种或多种自由基引发剂，其被选择性地通过喷墨施加到光化辐射透明柔性膜的一侧。透明 柔性膜在喷墨过程中是平坦的。带有喷墨好的抗蚀剂组合物的柔性膜接着被施加到三维 衬底的表面，使得包含抗蚀剂组合物的膜一侧邻近三维衬底的表面且抗蚀剂组合物接触衬 底的表面，柔性膜和抗蚀剂组合物跟随衬底的轮廓。光化辐射被施加到柔性膜的不带有抗 蚀剂组合物的侧面上，且抗蚀剂组合物固化并粘附到衬底的表面上。膜被去除并且固化的 抗蚀剂组合物保留在三维衬底的表面上。基本上所有的抗蚀剂组合物都被转移到三维衬 底的表面上。光化辐射透明柔性膜和可固化的抗蚀剂组合物的结合允许抗蚀剂快速的施加 到三维衬底上，固化并在三维衬底上形成图案，图案形成了与三维衬底的轮廓的紧密接触。 因此，衬底可以为多种形状和尺寸，其包括但不限于：通常的弯曲物体，滚筒，实心的和空心 的，圆锥，三角形物体，椭圆如球体，多面物体和其他不规则形状物体。另外，三维衬底的表 面可以具有不规则表面，当使用许多传统方法时，这会损害图案结构，例如图案的连续性。 膜的柔性和透明以及抗蚀剂的附着特性的结合使得能够在不规则表面上形成连续的图案， 其跟随（follow)表面的轮廓并减少了图案破裂的可能性。因此所述方法对于在不规则形 状的衬底上形成电子设备的电流图案和其他部件是有用的。因为电子工业致力于电子设备 的最小化，包含电路的衬底需要最小化。衬底越小，表面的不规则性变得更严重。换句话说， 最小化的表面的衬底更不平坦。而且因为衬底本身不是传统形状的面板，典型的传统印刷 电路板，在不规则形状衬底上形成电路的能力为电子工业提供了额外的灵活性以在电子装 置中使用非传统形状的衬底，例如其中空间是有限且不规则的。
[0016] 光化辐射透明和柔性膜包括但是不限于：聚合物材料例如聚乙烯醇、聚酯、聚对苯 二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚烯烃、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、和乙烯-乙酸乙烯酯。优选的 这样的膜对UV光透明。所