使用具有溢流體積的工具模製光學元件的製作方法

2023-10-09 01:46:04

專利名稱：使用具有溢流體積的工具模製光學元件的製作方法
技術領域：
本發明屬於製造微型光學元件或機械元件的領域，尤其是折射光學元件或 衍射微型光學元件的領域，其通過包括軋花或模製步驟的複製過程製造。更為 具體的，涉及一種複製光學元件的方法及其使用的複製工具。
背景技術：
複製的光學元件包括用於影響任何預定形式的光束的衍射和/或折射'鵬光 學元件，折射元件例如透鏡，有可能至少部分反射的元件等。
當通過複製製造光學元件時，通常有一個含有一種基體和一種在該基體上 的複製材料的基本結構，該複製材料在複製過程中成一定形狀並且硬化。通常， 垂直於所謂的基體表面的方向的尺寸-複製結構的厚度或高度，也稱為z-尺 寸一一是重要的並且必須精確限定和控制。因為元件的其它方向是被複製工具 所限定了的一一這在複製過程中是很自然的一一同時也很好地限定了複製元件 的體積。然而，分配小體積液體或粘性材料一般比較困難而且控制起來費用比 較高。因為僅有部分充滿的元件是有缺陷和損傷的，因此最好分配多餘的複製 材料。這樣就保證了在不同元件之間波動的複製材料的體積，沒有或僅有少量 元件缺失。
特te處在於薄片級產品製造過程，其在類光碟(薄片型)結構上製造一系列 的光學元件，這些隨後被複製的光學元件被分開("切為小方塊")成單獨的元 件或堆積到其它的薄片元件上，並且在堆積後再分離成各自獨立的元件，具體
例子在WO2005/083789中有描述。"薄片級"指光碟似的尺寸，或者可與半導體 薄片相比擬的片狀基體，例如具有直徑在2in和12in之間的光碟。傳統的薄片 級複製過程，複製材料是整體的，薄片級複製品成單獨的一i央放置在基體上。 然而，在元件一側的區域，在隨後的複製步驟中不需要複製材料。在某些申請 中，製造的元件必須例如與其它的元件聯合使用，並且殘餘材料會削弱組合結 構的功能。在與本申請同一發明人基於同一領域在同一天共同申請的"製造光 學元件的方法和工具"中，公開了一系列製造每個光學元件或光學元件子群的方法，複製材料塊以組列的方式分布在基體和工具上。
在這樣一個複製過程中，殘餘材料從元件體積流到邊側。例如，微型光學
透鏡可以在承載半導體晶片的薄片上複製，每個晶片含有一個CCD或CMOS-
成像陣列傳感器。如果殘留材料覆蓋臨界部分，就可能會影響包括半導體薄片 和透鏡的下一步的堆積處理過程，例如接合。
在此參考由同一申請人申請的WO2004/068198的全文，其描述了一個製造 微型光學元件的複製過程。結構(或者微型結構)元件是在原始產品上利用複製工 具經過覆審J/成開《模製或軋花或類似工mi製造成3D結構。複製工具包括從複製 表面凸出的間隔件部分。複製的 光學元件被稱為複製品。
間隔件部分有利於自動和準確的控制基體上可變形材料的厚度。它們可以 包括皿於工具內的"腿狀"結構。另外，這些間隔件阻止了微型光學器件構 造的變形，因為凸出的間隔件遠高於工具上的最高處。
間隔件部分1^在複製工具至少一個必須的部分"分配'的方式下使用，例 如在齡複製工具或者在邊緣。這意贈間隔件部分的特徵存在於複製工具的 必要部分，例如，間隔件部分包括多個分布在複製工具的複製表面的間隔件。 間隔件有助於自動化以及精確控制複製材料層的厚度。
複製過程也可以是一個軋花過程，其中製造產品要模製的塑性變形或粘性 或液體複製材料被置於基體表面，其可以是任何尺寸。在軋花步驟中，間隔件 部分緊靠基體的上部表面。所述的表面因此做為車L花的停止表面。
基於該原因，WO2004/068198中描述的複製過程尤其有利於控制複製元件 的厚度(高度，z-尺寸)。其它控制z-尺寸的方法包括測量工具板和基體板之間 的距離，並且通過機器人在不同的位置主動調整這個距離。
基於上面所述的理由，軋花步驟導致殘留材料停留在元件之間的區域，以 及例如每個元件的周邊。如果複製工具包含一個間隔件部分，這也存在於圍繞 元件的間隔件區域。

發明內容
因此本發明的目的是提供一種複製元件的方法和最初提到的類型的複製工 具，以克月讓述缺點。
根據本發明的第一個方面，提供了一種通過複製工具製造元件的方法，該
方法包括以下步驟提供一個限定了元件形狀的複製工具； 提供一個基體；
使工具和基體相互壓制，呈液態或粘性或塑性變形狀態的複製材料位於工 具和基體之間；
將複製材料限定在基體的一個預定區域，該預定區域超過基體上元件要求
的區域，在沿著基體表面的至少一個方向小於預定的距離； 硬化複製資料以模製元件。
複製材料被限定在工具和基體表面之間。通過將複製材料僅限定在基體表 面的一部分，最終元件將在硬化，例如固化後，僅覆蓋基體的一部分。元件將 不會延伸至預定區域覆蓋基體，而是空出用於例如連接。
4腿的，複製工具包含多個部分，每個部分限定了 (底版)將會與其它結 構分離的結構的幵刻大(例如光學元件，{ 鏡)，這些形狀之後ffi31分割基體或 包括基體的單元為小的獨立元件。然後，限定複製材料到基體上一個預定的區 域，例如包括限定複製材料到多個區域，每個區域圍繞一個複製部分，該區域 最好不重疊。例如，複製部分可以是一系列同樣的複製部分，其中圍繞每個復 制部分複製材料被限定在一個區域內。
複製工具可以包含一個間隔件部分。在這種工具裡，工具的至少一個空腔 以底版結構特徵限定一個複製表面，做為要製造的元件的至少一些結構特徵的 底版。空腔包括元件體積並且可以另外含有至少一個緩衝和/或溢流體積。間隔 件或間隔件部分從複製表面凸出。在複製過程中，間隔件或間隔件部分緊對基 體和/或漂浮在複製材料的一個薄的基體上。
可以根據具體需要tt擇工具和基體相互壓合的壓力。例如，壓力可以僅 僅是放置的複製工具模具的自身重量，其通過鄰近基體表面和/或漂浮在複製材 料一個細薄基體上的間隔件部分施加在基體上。
另外，該基體還可以置於在複製工具上。壓力可以根據另一個選擇而比該 重量低或者高，並且可以例如由掩模對準器或對以的體實施，該裝置控制著 複製過程中基體和複製工具的距離。
在複製工具和基體在複製過程中結合在一起之前，液態或粘性或可塑性變 幵別犬態的複製材料被放置到複製工具和/或基體上。如前面所述，複製工具可以 包含多個部分，每部分限定了一個要複製的元件。然後，優選該方法含有在將工具擠壓向基層之前，將一定體積(可能事先預定的)的複製材料局部和單獨 在側向放置的位置施加於至少一個工具和基體，*位置與一個部分相對應。 這允許提供多個空腔，每個空腔以最佳量的複製材料對應一個光學元件。這樣， 與用一塊複製材料模製多個元件的情況相比較，必須從臨界區移越轉走的剩 餘的複製材料體積就減少或消除了 。
當複製工具和基體在複製位置一一此時複製工具和基體是結合在一起的，
例如複製工具位於基體上一一複製材料硬化。根據選擇的複製材料，也可m 輻照5更化，例如uv輻照。另外，其也可以通ai冷卻硬化。根據所選擇的複製 材料，也可以選擇其它的硬化方法。隨後，複製工具和複製材料相互分離。對 於多數申請，複製材料保留在基體上。典型的光學元件有折射或衍射元件，但 也可以是例如在至少一部分具有微機械功能。
元件體積覆蓋基體的一部分，並且形成元件的功能部分。其餘的硬化複製 材料可以充滿元件側面的體積，即，連接元件的基體和功能部分的空間區域， 且不影響元件的功能。本發明可以控制複製材料在元件體積的每一側沿著基體 移動的距離。
在本發明的一個優選的實施例中，複製材料的流動由毛細管作用力和/或表 面張力控制和/或限制。鄉一步增加了其幾何特徵，或者促進或阻礙複製材料 在工具和基體之間的流動。
做為一個實施例，可以選擇包含多個空腔的複製工具，每個空腔限定了一 個或一組元件的糊犬，每個空腔都是由一個平坦區段在至少一個側面方向限制。 在空腔和平坦區段之間形成一個內部邊緣。複製工具在空腔之間還包含多個溢 流體積或者一個相鄰的溢流體積。並且在平坦區段和溢流體積之間形成一個外 部邊緣。分配的複製材料(每個空腔)要選擇大於空腔的體積。平坦區段然後 做為移動(非接觸)空間，其優選環繞空腔。外部邊緣形成一個阻止複製材料 流動的間斷部。如果沒有這種間斷部，毛細管作用力就會使得元件體積內的復 制材料最終排出。
本實施例中的空腔，可以例如只由元件體積形成。它可以是圓頂形，從而 元件是一個凸形折射透鏡，鄰接該透鏡模製一個薄的的基體層，漂浮間隔件下 的複製材料停留在該基體層。
如果是對稱的圓筒形光學元件，當從垂直於基體表面的方向看去，例如，
8沿著元件的中心軸，平坦區段的形狀可能是不對稱的，因此，沿著溢流體積的 外部邊緣形成的凸出的複製材料塊朝著元件的一側比另一側更加遠離複製元件。
在此以及下文中，為方便起見，垂直於包括大致平的表面的基體表面表示 為"高度'。在實際中，整個設置也可以採用顛倒的設置，或也可以採用基體表 面是豎直的或相對於水平呈一定角度的設置。相應的垂直於該表面的方向表示 為Z向。術語"周向"、"橫向"、"側向"是涉及垂直於Z向的方向。
在另一個實施例中，由限定元件形狀的工具中的空腔來控制流動，空腔包 括沿著元件的至少一個側面的緩衝容積，內部邊緣將緩衝容積與元件體積分開。 另外，分別施加到空腔元件體積的複製材料的預定用量比空腔的體積要小。這 使得內部邊緣由於發生在內部邊緣上的毛細管作用力和表面張力限制了複製材 料流到緩衝體積中去。
特別是，預定量的複製材料可以大約是元件體積的量(或者稍少或稍多)。 元件體積是功能元件的體積，從由工具限定的元件的外部形狀的一側到另一側 基體延伸出來。然後，作用在內部邊緣上的流動壓力阻止複製材料流到緩衝體積。
在本發明的另--個4尤選實施例中，當將工具壓向基體，傾斜的間隔件將復 制材料推移向元件體積，尤其是與元件體積相鄰接的緩衝體積。傾斜的間隔件 有-一個與基體表面相接觸的傾斜面。當不施加壓力時，傾斜面在外圍接觸基體， 且在接近元件體積的區域逐漸遠離基體。在軋花或模製過程中，壓力施加在工 具上，有少量彈性的工具發生變形，並且傾斜面使複製材料從傾斜的間隔件下 面移出。
在本發明一個優選的實施例中，該方法進一步包含以下步驟通過緊鄰基 體的接觸間隔件限制複製材料流向工具的至少一側，並且使複製材料能夠通過 一個溢流通道流向工具的另一側。
這使得複製材料移離臨界區域並且被弓l導至l股於非臨界區域的溢流體積。 同時根據本發明，提供了一種用複製材料複製元件的複製工具，複製工具 包括複製側，複製側上的多個空腔，每個空腔限定了一個或一組元件的形狀， 複製工具進一步包含至少一個間隔件部分，其在複製側從空腔凸出，複製工具 還包括限定複製材料到一個工具的預定區域的方式，當工具被壓向基體，預定區域皿元件所需要的體積，元件需要的體積在沿著基體表面至少一個方向小 於預定的距離。
這種限制複製材料的方式或流動限制特徵是由內部邊緣、緩衝容積、外部 邊緣、間隔件和傾斜間隔件之一或幾個共同形成的。它們可以齢形成一個'多 排"流動限制，根據實際存在的複製材料的量，在早期或後期限制流動。這可以 在當將複製材料分配至晦個空腔或基體的每個相應的單獨的位置上時，不精確 的控制流動。
換言之，空腔包括一個元件體積和一個另一體積，在元件體積的周向，另 一體積的邊界含有複製材料在中間，在將工具壓向基體時，用於選擇性的禁止 和/或M複製材料的細微流動的間斷部點。
不連續例如，對於圓形光學元件，外形也是圓的且同心。對於其它形狀的 光學元件，例如，矩形或者圓角矩形，持續的間斷部點的增長距離可以根據光 學元件的開，而定。
在本發明一個4允選的實施例中，間斷部點存在於複製工具中形成的凹陷和 凸起之間。因此，間斷部點由例如圓的(或者長方形的等，參見上文)凸出和 形成在限定光學元件的複製工具截面周圍的通道邊緣形成。因此一系列連貫的 凸出和通道給多餘的複製材料限定了一定量的延伸，因為複製材料的外流是在 每個邊緣都是被禁止或停止或間斷部的，除非與元件體積有關的複製材料的體
積M:—定的極限。
為了減小由非功能複製材料覆蓋的光學元件周圍的區域，例如使一個圍繞 元件體積且限定了其外部輪廓的移動間隔件儘量的薄些，但仍具有間隔件功能， 也就是說，對工具具有充分的支持作用。另外，移動間隔件外側或元件體積(當 沒有移動間隔件時)夕卜部邊緣外面的凹陷或者幾個凸起首選做的儘量深，例如 直至阮件體積的深度。接著，由凹陷限定的體積增大，其可以在材料溢出到下 一個凹陷前吸收的複製材料的體積也增大。
每個圓周凹陷或通道的體積首選與精密度有關，根據這個精密度，可以控 制逐滴聚積的複製材料的體積。例如，如果可以控制後一個體積到一個較高的 精度，則眾所周知的剩餘材料的尺寸或體積就只在很小的範圍內改變。因此， 最好存在凹陷並且其大小最好覆蓋乘i徐的大小或^f只的變化範圍。艮口，對於最 小預期的剩餘尺寸，根據沉積精確度，凹陷一點兒都不被填充，對於最大剩餘的尺寸，凹陷被填充到其最大限度。換言之，限制複製材料(例如，不連續或 邊緣和相關的凹陷及它們的體積的大小)流動的方式的尺度是根據所施加的復 制材料的體積的預計值設計的。
對於其它條件，通il^擇凹陷的深度和寬度來調整凹陷的體積。深度是例 如由製造複製工具的過程限制，凹陷的寬度根據限制光學元件和剩餘材料的總 尺寸的設計條件限定的。因此，根據來源於各產品的最佳標準，凹陷和下降積 累的總體設計形成了下降積累精確度和凹陷幾何學相關特徵的最佳選擇。
在另一個優選的實施例中，複製工具包含一個通過在空腔一側接觸基體的 用來阻止複製材料流動的間隔件，並且溢流通道使複製材料能夠流向空腔的另
在另一個優選的實施例中，複製工具由空腔限定的元件體積的至少一側包 含一個緩衝體積，緩衝體積和元件體積在它們共同的邊緣限定了一個內部纖， 該內部邊緣阻止複製材料流入緩衝體積。
在另--個優選的實施例中，複製工具包括緩衝體積表面的另一個邊緣從而 阻止複製材料流入緩衝體積。另一個邊緣與內部邊緣的形狀至少保持大致平行 的曲線。
工具包含多個空腔，因此首選允許在一個共同的基體上同時製造一系列元 件。這個共同的基體首選是包括光的和電子元件的光電學或微型光電學器件的 一部分，雜一個薄片上製造，然後被分割成獨立的單元。
另一個優選的實施例與從從屬t又利要求中得到證實，方法權利要求的特徵 可以結合裝置權利要求的特徵，反之亦然。
複製品(例如微型光學元件或微型光學元件組件或光學微型系統)可以由 環氧樹脂製成。複製工具仍然在原位時就進行的硬化過程可以隨後採用UV輻
照過程。uv光輻照比較快，並且有利於很好的控制i!化過程。本領域技術人員 也知道其它材料和其它硬化過程。
"光學'元件包括不僅能在可見光內影響電磁輻射的元件，尤其是，光學元 件包括影響可見光的元件。紅外輻射，以及有可能的uv輻射。名稱'薄片'在 本文中不就基體靴柳蹄ij。


根據典型的實施例，下文中根據附圖進一步詳細描述了本發明的內容，附圖顯示如下
圖1和2是放置在基體上的工具的剖面圖； 圖3是圖2中結構的正視圖4是在緩衝體積和溢流體積之間移動的可選的幾何糊犬例；
圖5-9是其它工具的剖面圖10是圖9中結構的正視圖11-13是其它工具的剖面亂以及
圖14是根據本發明的方法的流程圖。
附圖標記參考表中總體列出了本附圖中的附圖標記以及它們所代表的意 義。原則上，相同的部件在圖中用相同的附圖標記表示。
具體實施例方式
圖1示出了放置在基體12上的工具10的剖面圖。工具10形成一個限定由 元件體積l模製的元件的形狀的空腔8。在示出的例子中，光學元件只是折射透 鏡。元件體積1位於工具10和基體12之間。在此標記為移動間隔件14的部分 被工具10上凸出的元件包圍。間隔件的平表面17與基體12的表面基本平行並 且相距大約5,到15]Lim。在移動間隔件14的下面，在平表面17和基體12之 間形成一個小的緩衝體積3。在元件體積1和緩衝體積3之間，工具10含有一 個內部邊緣2。在緩衝體積3和溢流體積5之間，工具10具有一個外部邊緣4。
移動間隔件14的主要功能是ffi31毛細管作用力吸出剩餘材料。流動在外部 邊緣4停止並且形成--個凸起18，並因此阻止元件體積1由於毛細管力被抽空。 這樣，移動間隔件14的寬度和形狀以及溢流體積5的形狀和大小限制剩餘材料 的去向。因此，通過保持複製材料體積在一定的最大體積之下，複製材料就被 限制住了。
內部邊緣2包括一個阻止複製材料13的外部邊緣流動的第一間斷部，如下 面的圖中所示。外部邊緣4形成了一個阻止複製材料13流向緊鄰緩衝體積3的 溢流體積5的第二間斷部。沒有這些間斷部，毛細管作用力將會使複製材料13 連續的沿著緩衝體積3形成的通道流動，最後將複製材料13從元件體積1消耗盡。
圖2示出了Jiai操作的一些變化。在這個變化中，環繞元件體積i的移動
間隔件14是不對稱的。這樣，剩餘的材料可以移動到不幹擾其它過程的區域。圖3示出了圖2中設置的俯視圖。圍繞外部邊緣4伸出的複製材料的凸起(如
圖1和2所示，圖3中未示出，因為後者只示出了沒有複製材料的工具10)可 以例如在其截面上近似不變。對於移動間隔件的不對稱的形狀，外部邊緣4的 長度是增長的。因為這些，不對稱的液體被複製材料^ 子的限制在一個需要的 與延伸的構造的左下角一致方向，在帶有偏心的光學元件的結構中尤其需要。
正如可能在圖1的實施例和今後所述的實施例中，工具優選包括，與要復 制的元件對應的多個截面。這些截面排成近似一列，例如帶有隔柵ll的格子， 根據後面的載有模製光學元件的基體12分離的切割或分割線排列，或根據其它 元件以後會連接到的連接區域排列。
如圖2和3所示，在不同方向的材料流的不對稱可以基於不同的距離而運 行。然而，也可以以其它方式影響複製材料流，例如不同位置的不同的表面性 質或者幾何形狀。為了使不同的表面張力可以用於控制剩餘材料，形成間隔件 14的外部，圖4中示出了一個例子。在一側的間隔件14形成一個幾何特徵20， 其使流向這一側的流動與向另一側的流動不同。
圖5是帶有複製材料13剛好填充滿元件體積1的工具10的剖視圖，複製 材料被元件體積1和緩衝體積3之間不連續的內部邊緣2所包圍。緩衝體積3 的長度4m在100到300或500或800微米的範圍內。
在圖5中，緩衝體積3是在空腔8內部。同時，z-尺寸以及因此元件高度和 最終體積都由環繞空腔8的接觸間隔件9限定。接觸間隔件9可以例如是 WO2004/068198中所述的類型。圖5由此給出一個例子，其中複製材料由複製 材料體積根據元件體積1 (或根據一個稍小或稍大的體積)精確分配的結果限定 的，也受表面張力和邊緣2的衝擊力的限制。
該實施例基於基本精確分配複製材料，以及ffiil表面張力和/或毛細管作用 力限制複製材料在至少一個方向流動的幾何元件(例如邊緣)，因此與圍繞空腔 的接觸間隔件無關。如圖6中所示。圖6示出了工具10的部分剖面，在其一側， 示出了一個(任意的)升高的間隔件部分14。在本例中，用另一種方法M實 時距離調節器和/或控制器，或其它方式定義z向，例如在另一側(未示出)或 其它的接觸間隔件，例如周向側面位置。
圖7示出了在緩衝體積3的表面有其它外緣21的工具10的剖面圖。這些 外緣21限制了複製材料13的流動，並且根據複製材料13的總體積起作用，其變化可以依據於計量器、例如定量給料注射器，分別供應複製材料13到空腔8， 到正對空腔8的基體12，或通常情況下，如果在要複製的元件的側面不存在間
隔件和空腔，則到基體或到複製工具或到全部。
圖8示出了在被壓向基體12前帶有傾斜間隔件15的工具10剖面的一部分。 箭頭代表複製材料13在受壓縮時在傾斜間隔件15下流動的方向。通常，帶有 可選的附加重量的複製工具的重ft^夠產生所需要的壓力。緩衝體積3從傾斜 間隔件15的下面接收複製材料13。在本例中，是傾斜間隔件限制了流動。
圖9示意性的示出了放置在基體12上的工具10的剖面。圖10示出了相應 的高度圖。工具10包括一個限定將由元件體積1形成的元件的空腔8。元件體 積1位於工具10和基體12之間，由緩衝體積3包圍。在元件體積1和緩衝體 積3之間，工具10包括一個內部邊緣2 。在緩衝體積3和溢流體積5之間，以 及緩衝體積3和空隙體積6之間，工具10包括一個外部邊緣4、 4'。當複製材 料13 ffit元件體積1的容積時，緩衝體積3為剩餘材料形成一個出口或溢》 道16
如果需要大的體積公差，則空腔8在元件體積1的一側具有一個溢流體積5 。 在另一側，外部邊緣4，或空隙體積6或間隔件9形成對複製材料13流動的限 制，保持複製材料13離開基體的臨界區域。這個外部邊緣4，與溢流^iR5的 外部限制一起，形成一個預定區域7，該預定區域使可被複製材料13覆蓋的基 體12具有最大區域。
在一側從緩衝體積3到空隙體積6的移動4，以及在從另一側緩衝體積3 到溢流體積5的移動4，中，邊緣4、 4'的形糹犬是不同的，從而表面張力和/或毛細 管作用力會使剩餘的複製材料流到溢流體積5中而不是空隙體積6中。例如， 外部邊緣4、 4'可以在移動4到空隙體積6時是尖的，而在移動4'到溢流體積5 時是圓的。
工具10這裡位於(任意的)與基體12正對的接觸間隔件9上。不被複製 材料±真滿的空隙體積6的作用是，與外部邊緣4一起，阻止複製材料的流動， 以及阻止其在接觸間隔件9下流動。由於複製材料的粘性、表面張力和毛細管 作用力，這可能不是必須的，並且流動可能被接觸間隔件本身所阻擋。那時， 接觸間隔件可能會馬上與元件體積1相接，而不需要緩衝體積和空隙體積6。
因為溢流體積5比緩衝體積3高，隨著外部邊緣4的在高度上的間斷部或落差，毛細管作用力不再適應(為方便起見，垂直於基體12表面的尺寸表示為 "高度"。在實際中，W^布置也可以反過來)。溢流體積5僅根據剩餘的複製材
料13的#^只填充。
在本發明的一個具體實施例中，元件體積l的直徑在l到2毫米之間，高 大約為250微米，緩衝體積3的高度，即在緩衝體積3的區域上空腔8到基體 12的距離是大約10 ，緩衝體積3的長度，即從內部邊緣2到外部邊緣4 的距離是大約50到200微米。
圖11到13示出了通過包括帶有與複製材料分別下降的預期大小或體積相 適應的緩衝^f只的深層工具的剖面。圖11示出了與圖7中類似的工具10，即沒 有外部邊緣21在凸起23和凹陷19'、 19"之間形成邊界的移動間隔件。凸起23 和凹陷19'、 19"，如在其它圖中一樣，圍繞在元件體積1周圍，就像同心圓或 跟隨一個非圓形的光學元件。在後面的例子中，每個圓脊或通道的寬度和深度 都以這種方式形成，其最好保持環繞圓周。在圖11中，第一個內部凹陷19'的 體積比較大，因為它的寬度和/或深度比第二個外部凹陷19〃要大。內部凹陷19' 可以接收相對大體積的剩餘複製材料，並且首選其位置和形狀如下
—一複製材料的體積要達到第一個，內部凹陷19'的內部邊緣21'對應預期 的最小體積，該最小體積由下降沉積裝置(具有一定的隨機性)沉積而成；和
一一複製材料的體積要超l傑二個，內部凹陷19'的內部邊緣21'對應預期 的最大體積，該最大體積由下降沉積裝置(具有一定的隨機性)沉積而成；
對於複製材料超出預期的最大體積(小概率，但不能完全排除)的情況， 第二，外部凹陷19〃可以被設置為根據其邊緣形成一個限制。這種凸出的設置可 以與溢流體積5—起結合在一起，由虛線表示，或不用。
圖12示出了具有凹陷19'、 19〃、 19"'和凸起23的工具10，其取向及樣式和 圖11中類似，但與元件體積1由升高的(移動)間隔件14隔開，如圖1所示。 做為圖11中凹陷/凸起設置的一個變形，在較大凹陷19'的內部設置一個深凹陷 19'"，從而計算剩餘材料少於沉積材料的預定的最小體積的低概率事件，並且為 複製材料提供預定的輪廓。另外，凸出的這種設置也可以與溢流體積5結合在 一起，由虛線表示，或不用。
圖13示出了帶有一個從以漸進的高度從升高的間隔件14中伸出的傾斜或 梯度表面22的工具10。結果是，元件體積1到在傾斜表面22到這個距離要填
15充到空腔的複製材料的體積的距離關係是非線性的。這種非線性不止是因為覆 蓋的區域隨著半徑的範圍而增加，M—步因為傾斜表面的高度隨著半徑增大。 根據複製材料的粘性和其它流動特性(尤其是粘著力對凝聚力)，這種幾何特徵 是有利的。這種幾何特徵可以與規則或無規則尺寸的凹陷和凸起相結合，如圖 11和12所示，含有或沒有溢流體積5。有傾斜面的幾何特徵也可以用於不含有
接觸間隔件9的結構，例如，它可以做為一個剩餘體積5的表面用於像圖1中
所示的裝置。
圖14示出了本方法所述的流程圖。
雖然本發明中描述了一些本發明的伏選實施例，但很顯然本發明並不僅限 於此，還可以在權禾腰求範圍內改變其它的例子及實施。
權利要求
1. 一種通過複製工具製造元件的方法，包括以下步驟提供限定元件形狀的複製工具；提供基體；將複製工具壓向基體，呈液態或粘性或塑性變形狀態的複製材料位於工具和基體之間；將複製材料限制在基體的預定區域，其中預定區域沿著基體表面的至少一個方向超過基體上的元件的所需區域小於預定距離；硬化複製材料以模製元件。
2. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，複製工具包括多個部分，每部 分限定要複製的元件，將複製材料限制在基體的預定區域的步驟包括將複製材 料限制在多個區域，每個區域分布在至少一個所述部分周圍。
3. 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟 在將工具壓向基體之前，在每個部分的側向位置，將-一定體積的複製材料局部並單獨施加到工具和基體中的至少一個上。
4. 如權利要求3所述的方法，其特徵在於，複製工具被選作用來包含多個 空腔，每個空腔限定一個元件或一組元件的形狀，每個空腔在至少一個側向上 由平坦區段限定，在空腔和平坦區段之間形成內部邊緣，複製工具還包括至少 一個溢流體積以及位於平坦區段和溢流體積之間的外部邊緣，其中所述的複製 材料的體積比空腔的體積大。
5. 如權利要求4所述的方法，其特徵在於，平坦區段相對於元件或一組元 件的中心軸不對稱。
6. 如權利要求3-5的至少一項所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟: M接觸基體的間隔件限制複製材料流向工具的至少一側；以及 ffil溢流通道使複製材料能夠流向工具的另一側。
7. 如權利要求2-6任一項所述的方法，其特徵在於，複製工具被選作包含 多個空腔，旨空腔限定一個元件或一組元件的皿，還包括以下步驟當將工具壓向基體時，傾斜的間隔件使複製材料移向所述的空腔之一。
8. 如權利要求2-7任一項所述的方法，其特徵在於，複製材料硬化後，將複製工具移開，基體或包括基體的部件的部分沿著分格線各自分開，每個部分 帶有至少一個所述的光學元件。
9. 如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述的分格線沿著基體沒有復 制材料的側向位置。
10. 如前面任一項權禾腰求所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟 由毛細管作用力和表面張力中的至少一個控制複製材料的流動。
11. 如權利要求10所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟 施加預定體積的複製材料，以及由作用在複製工具上的不連續毛細管作用力和表面張力中的至少一個限制 複製材料的流動。
12. 如權利要求ll所述的方法，其特徵在於，工具的空腔限定了元件的形 狀，並且沿著元件的至少一側包括緩衝體積，緩衝體積通過內部邊緣與元件體 積分開，其中複製材料預定的體積比空腔體積小，並且該方法還還包括以下步 驟由作用在內部邊緣上的毛細管作用力和表面張力中的至少一個限制複製材料SA緩衝體積的流動。
13. 如權利要求12所述的方法，其特徵在於，包括按照施加複製材料的所 需體積值設計限帝愎制材料流動的結構的尺寸的步驟。
14. 一種用複製材料複製元件的複製工具，該複製工具包括複製側、複製 側的多個空腔，每個空腔限定了一個元件或一組元件的形狀，複製工具還包括 至少一個間隔件部分，該間隔件部分在複製側從空腔伸出，還包括將複製材料 限制在工具的預定區域的結構，當工具被壓向基體時，預定的區域沿著基體表 面至少一個方向皿元件所需體積小於預定距離。
15. 如權禾腰求14所述的複製工具，其特徵在於，空腔包括元件體積以及 元件體積周圍的另一體積，另一體積的邊界含有用於通過毛細管作用力和表面 張力中的至少一個選擇性控制複製材料流動的間斷部。
16. 如權利要求15所述的複製工具，其特徵在於，包括 設置尺寸以便阻止複製材料在空腔一側上流動的邊緣；以及溢流通道，使複製材料能夠流向空腔的另一側。
17. 如權禾腰求14-16任一項所述的複製工具，其特徵在於，M作為間隔件部分的平坦區段、空腔和平坦區段之間的內部邊緣、溢流體積以及平坦區段 和溢流體積之間的外部職，針空腔在至少一刊則向數鵬制。
18. 如權利要求14-17任一項所述的複製工具，其特徵在於，在由至少一個 所述空腔限定的元件體積的至少一側包括緩衝體積，緩衝體積和元件體積在它 們的共同邊界限定內部邊緣，以阻擋複製材料流到緩衝^f只。
19. 如權利要求18所述的複製工具，其特徵在於，在緩衝體積的表面包括另一邊緣，阻擋複合材料流到緩衝體積。
20. 如權利要求19所述的複製工具，其特徵在於，另一邊緣限定了周圍凸 起和凹陷之間的邊界。
21. 如權禾腰求20所述的複製工具，其特徵在於，凹陷具有不同的深度和 /或寬度。
22. 如權利要求14-21任一項所述的複製工具，其特徵在於，在至少一個所 述空腔的至少一側包括傾斜間隔件。
23. —種通過複製製造的透明光學元件，該光學元件包括基體以及其上的 硬化的複製材料，硬化的複製材料包括複製的光學功能部分，光學元件還包括 圍繞複製材料的區域，在該區域中，基體上沒有複製材料。
24. 如權禾腰求23所述的光學元件，其特徵在於，複製材料包括圍繞光學 功能部分的平坦區段，並且還包含至少一個圍繞平坦區段的乘U餘部分和凸起部 分。
全文摘要
一種通過複製工具製造元件的方法，包括以下步驟製備限定元件的形狀的複製工具；製備基體；將工具壓向基體，其中複製材料位於工具和基體之間；將複製材料限制在基體上預定的區域內，預定的區域沿著基體表面的至少一個方向超過元件覆蓋基體所需的區域小於預定距離；硬化(例如，固化)複製材料成形元件。
文檔編號B29D11/00GK101426638SQ200780009718
公開日2009年5月6日 申請日期2007年3月19日 優先權日2006年3月20日
發明者H·魯德曼, M·羅西, S·海姆加特納, S·韋斯滕霍弗 申請人:赫普塔岡有限公司