柔性硅胶软模具之所以被优先选用，用于压印大面积超声波阵列，主要是因为它们具有优越的变形能力和低表面能。与刚性工具不同，PDMS等材料能够机械地适应基板表面的微小变化，确保接触一致，并在分离过程中防止损坏。
软模具的核心优势在于其机械顺应性。通过补偿基板的不平整并促进温和的释放，软模具解决了使用硬模具在大面积、精细表面上固有的良率问题。
图案保真度的力学原理
补偿表面不规则性
在大面积加工中，基板通常存在微观缺陷或不平整。
优越的变形能力使软模具能够适应这些微小的凹凸不平。这种柔韧性确保了模具与基板完全接触，从而保证了整个区域的图案转移成功。
确保压力均匀
硬模具无法适应非平坦表面，导致图案转移出现间隙。
即使基板有轻微起伏，软硅胶模具也能均匀分布压力。这对于保持大尺寸（例如 32 x 35 cm² 阵列）的一致性至关重要。
释放过程中保护微结构
防止脱模应力
模具与基板的分离——称为脱模——是损坏的高风险阶段。
硬模具通常需要很大的力才能分离，这会产生应力集中，可能导致精细的微柱断裂或剪切。软模具则促进缓慢而温和的释放，显著降低施加在成型结构上的机械应力。
低表面能的作用
PDMS等材料天然具有低表面能。
这种化学性质减少了模具与聚合物阵列之间的粘附。低粘附性使得模具易于剥离，而不会粘附或撕裂新形成的微结构。
在此背景下硬模具为何会失败
刚性陷阱
硬模具在机械上不容忍任何误差。
如果大尺寸基板的厚度即使只有零点几微米的变化，硬模具也会压碎凸起部分，而无法压印低洼部分。这会导致大面积阵列中出现明显的失效区域。
高风险分离
硬模具通常需要垂直的“弹出式”分离动作。
在大规模生产中，这种运动会产生真空效应和摩擦，可能破坏高纵横比的特征。软模具通过允许剥离式运动来避免这种情况，将分离力局限于一条线，而不是一次性作用于整个表面。
为您的项目做出正确选择
在制造柔性超声波阵列时，您的工具选择决定了您的良率。
- 如果您的主要重点是大面积扩展：选择软硅胶模具，以补偿大面积（例如 32 x 35 cm²）上不可避免的基板不平整。
- 如果您的主要重点是减少缺陷：依靠软模具，在关键的脱模阶段最大限度地减少施加在微柱上的机械应力。
通过利用硅胶的顺应性，您可以将模具从刚性印章转变为确保结构完整性的自适应工具。
总结表：
| 特性 | 硅胶软模具（例如 PDMS） | 硬模具（金属/玻璃） |
|---|---|---|
| 表面适应性 | 高（适应不规则性） | 低（需要完美平整） |
| 压力分布 | 大面积均匀分布 | 不均匀（间隙或压碎） |
| 脱模方式 | 剥离（机械应力低） | 垂直提起（应力高） |
| 表面能 | 低（粘附性最小） | 高（易粘附） |
| 成功率 | 大尺寸、精细阵列成功率高 | 低（微结构损坏风险高） |
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参考文献
- P.L.M.J. van Neer, Gerwin H. Gelinck. Flexible large-area ultrasound arrays for medical applications made using embossed polymer structures. DOI: 10.1038/s41467-024-47074-1
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
