具双面微结构之超薄件微射出成型

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1、中國機械工程學會第二十一屆全國學術研討會論文集中華民國九十三年十一月二十六日、二十七日國立中山大學高雄•臺灣具雙面微結構之超薄件微射出成型aba楊申語粘世智黃勝田a國立臺灣大學機械工程學系b大漢技術學院機械工程學系國科會計劃編號：NSC92-2622-E-002-029摘要雜，加工成本昂貴的問題，不宜用來量產。本研究利用特殊設計之鎳模仁進行微模若欲達到大量翻製的目的則需要結合微模造具之設計，並配合變模溫系統針對雙面微結技術，使用MEMS微製造所得的元件為模構（25µm微透鏡陣列及3µm微光柵陣列）仁，以微成型(micromolding)方式進行大量昂之超薄件(60µm、100µm、250

2、µm)微射出成貴翻製。型進行相關之研究。探討射出成型的製程參目前的微模造技術主要以塑膠模造技術數對微結構轉寫性之影響，並定義出不同塑為主，而用來作為微結構複製的塑膠模造技料(PS、PMMA、PC)、成品厚度(250µm、術主要有微射出成型(Micro-Injection100µm、60µm)及表面有無微結構下的成型操Molding)、反應射出成型(Reaction-Injection作窗變化。Molding)[5]、射出壓縮成型(Injection實驗結果顯示因為微透鏡結構深寬比小CompressionMolding)、熱壓成型(Hot微結構的轉寫性都很好，模穴越薄其操作窗Embossi

3、ng)[6]及熱成型(Thermoforming)等五越小，表面微結構會使極薄件(60µm厚)之充種方式[7,8]。而其中微射出成型是最常被使填速度需求大幅調高，三種材料所得操作窗用來大量翻製微結構零件的方法。它可用於大小、面積、形狀均異，而且以PS所需射速生產具微小立體結構(如微齒輪)的微細零最小。件，以及大面積的表面微結構件(如DVD)的射出成型上。就生產技術層面來看，由於射關鍵詞：微射出成型、精密射出成型、微透出成型的高度自動化及成熟性，它是快速且鏡陣列、微光柵陣列大量生產複雜微小零件的最有效方法[9-13]。目前相關的微射出成型研究中對於超薄1.前言件之討論還不夠完整。一般的微結

4、構件之厚微機電系統(Micro-Electro-Mechanical度尺寸為數mm至數百μm不等，但對於厚Systems,MEMS)技術是一種包括光、機、電、度在100μm、甚至60μm以下之超薄件微材、控制、化學等多重科技整合的技術，它射出成型研究卻相當有限，就實際運用及學利用微細製造技術將整個高精度機電系統整術研究上皆值得作進一步的研究與探討。合於微小的體積上，因為體積的微小化而增本實驗之雙面微結構塑膠光學元件為加其運用的領域及提產品高附加價值，同時25µm微透鏡陣列及3µm微光柵陣列，其功也可大幅降低材料及製造成本。因此未來在能為利用微透鏡(MicroLens)聚光再經過微光電通訊

5、、影像傳輸、生化醫療、資訊儲存、光柵(MicroGrating)分光來達到影像擷取的與精密機械等應用領域，如何大量且價廉的目的。其困難點在於不僅要從製程參數上去製造並整合各微細的元件將扮演著關鍵性的探討對微結構成型性的影響，整個模具與模角色[1,2]。仁的設計、模仁的固定與鑲入方式、厚度的目前MEMS領域中微製造技術主要以半控制等，都是必須去謹慎思考的問題。導體製程、LIGA(LithogrophyElectroforming本實驗針對多模穴之雙面微結構超薄件MicroMolding)製程[3]及微機械加工為主微射出成型進行相關實驗研究，配合變模溫[4]。一般而言MEMS微製造通常有製程

6、複控制系統，探討射出成型參數對雙面微結構1中國機械工程學會第二十一屆全國學術研討會論文集中華民國九十三年十一月二十六日、二十七日國立中山大學高雄•臺灣轉寫性之影響，並對不同模穴厚度、不同成型材料對超薄件射出成型窗之影響作一系統2-3-2雙面微結構複製成型實驗化之研究，並提出改善對策建議。使用單一參數法探討成型參數對PS、PC、PMMA三種材料的微結構轉寫性的影2.實驗設置響，各材料之實驗參數配置如表一至表三所示。2-1實驗材料及射出成型機在本實驗中，所使用的塑膠原料共有三2-3-3成型操作窗實驗種：一、聚苯乙烯(PS、台達、PS-951N)。二、本實驗選取模具溫度、射出速度這兩項聚甲基丙

7、烯酸甲酯(PMMA、奇美、CM-211)對微射出充填影響最大的參數製作成型操作三、聚炭酸脂(PC、佶優、K-30)。窗，探討PS、PC、PMMA三種材料及成品本實驗所使用之微射出成型機為日本厚度對成品成型性的影響，其成型條件為各FANUC公司所製造之FANUCROBOSHOT模穴都必須充填完整，實驗時短射及明顯毛α-15i型十五噸射出機。邊之成品均屬於不可成型範圍。其實驗配置如表四及表五所示。2-2雙面微結構超薄件之模具設計本實驗所