手持式光刻机是一种小型化、便携式的图形曝光设备，主要用于科研实验室、快速原型加工、柔性电子、电路维修与教学演示。与大型半导体光刻机相比，它的结构大幅简化，不依赖昂贵的投影光学系统、晶圆对准平台或真空环境，而是通过便携式光源、简易投影模块、手动或半自动对准方式，把微米级甚至亚微米级图形转移到光刻胶表面。

在整体结构上，手持式光刻机通常由光源模块、掩模固定结构、投影或接触光学系统、手持机械壳体和操作按钮构成。光源多采用紫外 LED，因为 LED 稳定、体积小、功耗低，而且波长容易选择，如 365 nm、385 nm、405 nm 等，都可以与常规正胶或负胶配套使用。光源经准直透镜处理后形成平行光，用以均匀照射光刻掩模或 DMD 数字掩模。部分高端便携设备还采用微型 DLP 投影模块，通过数字图像来代替实体掩模，从而实现“无版光刻”，更适合快速实验。

最常见的曝光方式有两类：接触式曝光与投影式曝光。接触式曝光结构最简单，即把石英掩模直接贴在涂有光刻胶的基片上，然后用紫外光源从上方照射。光刻图形以 1:1 方式直接转印，没有光学放大或缩小，因此手持设备也能达到单一微米甚至靠近亚微米的分辨率。接触式的缺点是掩模容易被划伤或污染，但优点是结构简单、曝光效率高、光学不需要复杂调整。因此很多手持光刻机采用这种方式，非常适合简单电路、微流道芯片、柔性电极图形等。

另一种方式是投影式曝光，通过微型投影模块将图形投射到光刻胶表面。这类设备内部包含 DLP 芯片、LED 光源、投影透镜组，能够生成电脑加载的任意图案。用户不需要制作实体掩模，通过软件即可修改线宽、形状与布局，非常适合教学、科研与快速设计迭代。投影式手持光刻机的精度一般在几微米至几十微米之间，取决于投影分辨率与光学距离。虽然分辨率不如接触式，但灵活性要高得多。

曝光过程中，光刻胶吸收紫外能量发生化学反应。正胶在曝光区域发生链断裂，使显影时被溶解；负胶在曝光区域交联，显影后留下图形。手持光刻机在这一过程中影响较大的因素包括光强、曝光均匀性、散射控制以及光刻胶厚度。为了提高成像质量，许多设备在光源前加入准直器和均光片，让光照更稳定；一些手持机还增加微型对焦与高度调节结构，让投影距离保持在最佳位置。

手持式光刻机虽然结构简单，但对准依然是关键步骤。没有大型光刻机那样的六自由度对准台，因此手持设备一般采用光学瞄准窗、激光对准点、机械定位夹具或辅助显微镜来观察图形位置。对于不需要高精度叠层的应用，如单层微流道或电路引线，这种手动定位已足够。而如果用户需要叠层曝光，很多手持光刻机会配合显微镜使用，通过在显微镜下看准标记点后再进行曝光，以提高套刻精度。

由于手持式光刻机不需要真空、气浮台、曝光照度控制系统、先进投影镜头等昂贵结构，因此成本极低，只需传统大型光刻机几百分之一的价格即可完成基本光刻实验。它在柔性电子、微流控、传感器制作、教育演示、实验室快速验证中有广泛应用。例如制作 PDMS 微流道模具、塑料基板电极图案、小尺寸天线、电路维修补图、小型 MEMS 原型等。在科研院校中，手持光刻机特别适合教学，因为学生可以直接看到曝光、显影、图案成形的全过程，与大型光刻机复杂的流程相比更直观。

总结来说，手持式光刻机的核心原理是：使用小型紫外光源配合接触式掩模或微型投影模块，实现对光刻胶的曝光成像，再通过显影形成微结构图案。它以简化的机械结构和紧凑的光学设计替代大型光刻机的复杂系统，使光刻技术变得轻巧、低成本和易上手。