立 論 Analysis on Injection Molding of Micro Step Grooves 年六 了不 良 精 裡 流 識 了 識 老 了更 不 立 老 裡 立 老 理老 了論 歷 礪 利 見 流 老 兩年 更 不 3 律 2004.7 I 立 (Multi-Step Micro Grooves, DMS) 度 (Direct Si-Molding, MSMG) 度 參數 MSMG 力 (A) 力 度 易 不易 力 力 (B) 度 度 力 度 (C) 流 (D) 留 力 立 流 量 流 II 度 Abstract This research is to develop a Direct Si-Molding (DSM) process for injection molding of single crystal silicon mold insert with convex micro structure to obtain plastics substrates with concave Multi Step Micro Grooves (MSMG). Filling depth of MSMG and forming of thin substrates are used to evaluate the process parameters of DSM. Mold flow simulation is also used to check the mold design and operational windows of injection parameters. Results of Experiment A show that the better formability of plastics substrates with increasing of injection pressure and under the same injection pressure, the Si-mold inserts are easier to be injected as plastics part thickness increasing. Experiment B shows that the better filling depth ratio of MSMG of plastics parts occur with the increasing of injection pressure, injection temperature, mold temperature, and higher packing pressure. That means the tolerance zone of plastics part size is close to that of Si-mold inserts. Mold flow analysis results of Experiment C show that the simulated results of flow fronts in short shots is almost the same as that of DSM results. Results of Experiment D show that the residual stress is larger for plastics parts with lower mold temperature by photo-elastic observation of DSM results. Therefore, this research has developed the DSM process for plastics parts with concave MSMG and evaluate the injection molding parameters of DSM for formability of plastics parts and filling depth of MSMG. Further works will focus on application of the DSM to plastics substrates of bio-chips and to fabricate the diffractive optical elements (DOEs) with the developed DSM process. Key word: Direct Si-molding, Micro-step micro grooves, Micro injection molding, Moldflow analysis. III 錄 .................................................................................................... I ........................................................................................... II ..........................................................................................III 錄 ................................................................................................. IV 錄 ...........................................................................................VIII 錄 ............................................................................................. XI ............................................................................................ XII 論 ......................................................................................1 1-1 ......................................................................................1 1-2 ..............................................................................2 1-3 ..............................................................................2 1-4 ..............................................................4 1-5 ...............................................................................4 1-5-1 .....................................4 1-5-2 .....................................5 1-5-3 .........................................6 1-5-4 LIGA ..........................................6 1-6 ...............................................................................6 2-1 2-2 2-3 參數 參數 ............................................16 參數 ................................................16 參數 ....................16 流 ............................................20 ....................................................34 3-1 ................................................34 3-1-1 ...................34 3-1-2 流 IV ...............................35 3-2 .........................................37 3-3 ............................................................................38 3-3-1 ..................................................................39 3-3-2 ..............................................39 3-3-3 流 ..................................................................39 3-3-4 3-4 4-1 ......................................39 冷 .................................................................40 流 ............................................................................59 流 ....................................................................59 4-2 4-3 流 4-4 流 .........................................59 參數 立 .........................................60 論 .............................61 流 ........................................................77 5-1 ............................................77 5-1-1 FANUC α-15iA 5-1-2 5-1-3 ......................................................................77 料 5-1-4 5-2 流 ......................................................................78 料 ..........................................................78 參數 ........................................................78 5-3 5-4 ........................77 度 力 A ........79 B ........80 參數 5-4-1 力 ......80 5-4-2 度 ......81 5-4-3 度 ......81 5-4-4 力 ......81 5-4-5 度 ......81 5-5 流 V C ....................82 5-6 D ....................................82 5-7 .........................................................82 5-8 5-7-1 率..................................84 5-7-2 ..................................84 論 ..............................................................107 六 6-1 6-2 度 率........................................107 ( 參數 B)............108 6-2-1 力 ....................................108 6-2-2 度 ....................................109 6-2-3 度 ....................................109 6-2-4 力 ....................................109 6-2-5 度 ............................110 6-2-6 度 ............................110 6-2-7 ............................111 參數 ( 流 6-4 量 論 參 A).................................................107 率( 6-1-1 不 6-3 .....................................................83 量 ( C)....................112 D) .......................................112 ......................................................................134 7-1 論 ...................................................................................134 7-2 ...................................................................................135 .........................................................................................136 錄 A.............................................................................................139 錄 B.............................................................................................140 錄 C.............................................................................................142 錄 D.............................................................................................143 錄 E .............................................................................................144 VI VII 錄 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-5 1-6 1-7 1-8 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 2-9 2-10 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 3-9 3-10 3-11 3-12 3-13 3-14 3-15 3-16 3-17 .........................................................8 狀 .............................................8 <100> <110> ................................9 .................................................................9 流 ...................................................10 <100> <110> ..............................10 Bio-Chip Disc( ) .............................................11 ...............................11 ...................................................................................12 參數 ...........................................................22 參數 .......................................................22 2 ...................................................................................23 4 ...................................................................................23 5 ...................................................................................24 7 ...................................................................................24 Step V-Flat ( ) ............................25 Step V-Flat ...........................26 Step T-Shape ............................27 Step T-Shape ............................28 CAD (A) .......................41 C AD (B).......................42 (A)..................................................43 (B)..................................................43 狀 ...........................................44 4 切 ............................45 度 ...............................................................45 2D 流 ................................46 3D 流 ................................48 .......................................................................................49 ...........................................................................................49 度...................................................50 BOE 離..........................................50 KOH 度.........................................................51 KOH .............................................51 BOE 輪廓 .................................................52 KOH 度.............................................................52 狀 VIII 3-18 3-19 3-20 3-21 3-22 3-23 3-24 3-25 3-26 3-27 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 4-7 4-8 4-9 4-10 4-11 5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 5-6 5-7 5-8 5-9 5-10 5-11 5-12 5-13 5-14 5-15 KOH .................................................53 ...................................................................................53 ...........................................................................................54 ...............................................................................54 輪廓 α-step500 ..................................................................55 ...........................................................................55 ...............................................................56 ...................................................................................57 ...........................................................58 .......................................................58 ...........................................................63 力 (0.4sec) ..............................63 力 (0.45sec) ............................64 力 (0.5sec) ..............................64 sec ..................................65 流 ...............................................66 流 (5mm) ........................................67 4-12 A-A .....................68 4-12 A-A .................69 (0.5mm) .........................70 (0.5mm) .........................71 .......................................................................86 FANUCα-15 iA .............................87 OTC-035 ..................................................87 ...............................................................88 易 料 ...............................................................................88 Asahi Kasei 80NH 力 ...................................................89 流 流 ...........................................................90 .......................................................91 度 流 ...............................................92 參數 流 ...........................93 力 流 ...94 度 流 ...95 度 流 ...96 力 流 ...97 度 流 ( ) 不 不 ..............................................................................................................98 IX 5-16 度 流 ( ) ..............................................................................................................99 5-17 .........................................................................................100 5-18 離 量 .....................................................100 5-19 .................................................................................101 5-20 量 .............................................101 5-21 量 .................................................102 5-22 .................................................................102 6-1 力 率 .........................................................114 6-2 力 h1 h2 .................................115 6-3 力 率 .........................................116 6-4 度 h1 h2 .................................117 6-5 度 率 .........................................118 6-6 度 h1 h2 ................................. 119 6-7 度 6-8 力 h1 6-9 力 6-10 度 6-11 度 6-12 兩 度 6-13 兩 度 6-14 流 50 6-15 50 80 .........................................120 .................................121 率 .........................................122 h2 .........................123 率 .....................................124 h2 .........................125 率 .....................................126 ........................................127 ...............................................127 率 h2 h1 h1 X 錄 1-1 2-1 2-2 2-3 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 5-6 5-7 6-1 6-2 6-3 6-4 6-5 6-6 6-7 6-8 6-9 6-10 參數 參數 流 流 流 流 流 ...................................................................12 參數 ...............................................29 ...................................................32 ...........................................................................33 參數 .......................................................................71 數 ( ) ........................................................72 數 ( ) ........................................................73 數 ( ). .......................................................74 參數 參數 .......................................................75 例 參數 .......................................76 度 參數 .........................................103 力 參數 .........................103 度 參數 .........................104 度 參數 .........................104 力 度 度 度 力 度 度 力 度 度 流 參數 .........................105 參數 .................105 參數 .................106 力 率 .........................................128 度量 .........................................................129 度量 .....................................................130 度量 .....................................................130 度量 .....................................................131 度量 .....................................................131 度量 .............................................132 度量 .............................................132 參數 .............................................133 .........................................................133 XI 說 度 A 離 B 離 C 離 D 離 E 離 F 度 J 度 兩 度 度 兩 度 o(XO,YO) 參數 o b(Xb,Yb) 參數 b c(Xc,Yc) 參數 c d(Xd,Yd) 參數 d e(Xe,Ye) 參數 e f(Xf,Yf) 參數 f g(Xg,Yg) 參數 g h(Xh,Yh) 參數 h i(Xi,Yi) 參數 i j(Xj,Yj) 參數 j k 參數 參數 參數 參數 參數 參數 參數 XII 論 1-1 益 度 力 林 1 參數 狀 狀 1 流 參數 參數 度 力 立 立 1-2 Moldflow 林 1-1 參數 度 力 度 精度 ( 更 車 度 ) 奈 良 狀精度 參數 來 林 MEMS(Micro Electro Mechanical System, MEMS) <100> 精度不 來 1 量 狀 V 不 量 度 <110> 1-3 說 切 <110> 降 度 狀精度 量 1 Undercut <100> Isotropic etching 數 若 了 MEMS 來 精 零 更精 降 來 行 1-2 立 (Multi-Step Micro Grooves, MSMG ) 度 (Direct Si Molding, DSM) 度 參數 MSMG 1-3 林 1 立 1-4 不 度 流 1-5 1 流 立 參數 流 行 行 流 異 留 (1) 更 利 精度 更 2 力 立 參數 來 料 料 流 力 度 料 料 不 料 流 流 (2) 來 Moldflow MPI 4.1 (Moldflow Plastics Insight 4.1) 流 力 度不 裂 流 力 料 PC 參數 料 來 料 Fusion 3D Model PMMA 流 行 參數 (3) Moldflow 來 參數 狀 不 參數 度 度 切 參數 度 類 力 率 DSM 參數 (4) MSMG 力 流 利 來 留 來 3D 來 參數 3 流 1-4 (Bio-chip) 1-6 省 度 省 料 更 降 量 來 若 1-6 了 ( Diffractive Optical Element, DOE) 不 不 度 輪廓 度 度 2 狀 裡 1-5 1-5-1 行 1996年Liwei 狀 <100> 力 狀 21µm <100> 度 度 KOH 80µm 30µm 行 狀 行 KOH 250µm Overetching 4 1998年Michael 狀 列 利 狀 切 度 2000年Alessandro 5 1.2 mm si wafer V 度 2003年林 1 行 2004年 6 力 1-5-2 1997年Larsson Ni 7 LIGA 3D V (Wave Guide) 來 2000年Zen 8 流 度 利 不 利 2002年 9 利 S50C PMMA 流 不 2002年James 數 10 UV-LIGA 流 50 度 1 3ASD 金 數 不 來 度 不利 兩 度 利 年 11 利 行 降 UV-LIGA 省 年 12 2003 降 類LIGA 金 5 2003 1-5-3 2000 年 Becker 13 利 PMMA PC 料 不 7 2001 年 Yan 14 利 來 料 力 V 2001 年 Gill 15 精 Fresnel Lens 車 金 Grating 利 2001 年 量 16 料 2002 年 行 利 17 冷 冷 度 精 1-5-4 類 LIGA 1997 年 Madou 18 LIGA 都 1998 年 Michael 19 利 雷 率 參數 Mauro 雷 2003 年 Prasciolu 20 (DOE) 1-1 1-6 參數 參數 2-1 參數 狀 行 2-2 6 參數 六 兩 利 參數 便 3-1 冷 列 3-2 4-1 流 利 4-2 冷 Moldflow MPI 4.1 參數 來 5-1 料 流 5-2 兩 度 (A) 參數 (B) 參數 率 兩 流 (C) (D) 六 論 度 6-1 參數 6-2 度 力 度 度 6-4 6-3 不 論 7 度 流 力 狀 1-1 1 (Micro-groove geometric model) 狀 1-2 (Multi-step groove geometric model) 8 1-3 <100> <110> (Anisotropic etching on <100> and <110>-oriented silicon wafers) 9 1-4 1 (Affection on filling into micro-groove) 1-5 流 1 (Compare between the simulation by Moldflow analysis and the experiment) 10 1-6 Bio-Chip Disc Oncoprobe Biotech Inc. 1-7 (Illustration of bio-chip substrate with multi-step micro groove) 11 1-8 (Fresnell lens) 12 3 1-1 (Summary of main references) 年 (Author) (Year) (Research Notes) (A) 行 Liwei 1996 <100> 狀 21µm 狀 30µm <100> Michael KOH 行 KOH 1998 度 狀 250µm 80µm 列 1.2 mm si wafer Alessandro 2000 V 度 林 2003 行 2004 力 (B) LIGA Larsson 3D 1997 Ni 來 Zen 2000 13 V 利 James 2002 度 不利 度 利 利 S50C 利 2002 流 利 2003 UV-LIGA 類 LIGA 金 2003 利 Becker PMMA 不 料來 V 力 2001 精 Gill 料 7 利 Yan PC 2000 2001 車 金 利 量 料 2001 行 利 2002 冷 精 14 冷 度 LIGA Madou 1997 LIGA 都 利 Michael 雷 1998 雷 參數 Prasciolu 2003 15 率 參數 參數 狀 行 1) 參數 參數 參數來 不 16 參 2) 數 參數 2-1 來 車 來 度 狀都 狀 不 參數 狀 行 2-1 參數 參數 參數來 16 不 2-1 便 H 不 2-1 數 2-2 16 16 參 參數 參數 2-2 參數 2-1 度 O 不 六 兩 2-2 六 兩 16 利 參數 便 b( X b , Yb ) ob = pq = G Xb = 0 + G Yb = 0 b( X b , Yb ) = b(0 + G,0) c( X C , YC ) X C = ( X C − X b ) 2 + (YC − Yb ) 2 sin k YC = ( X C − X b ) 2 + (YC − Yb ) 2 cos k c( X C , YC ) = c( ( X C − X b ) 2 + (YC − Yb ) 2 sin k , ( X C − X b ) 2 + (YC − Yb ) 2 cos k ) (2 − 1) d ( X d , Yd ) Xd = F + XC Yd = YC d ( X d , Yd ) = d ( F + X C , YC ) (2 − 2) 2 − 3 參數 (2 − 2) e( X e , Ye ) O1 ( X O1 , YO1 ) θ − 90° = α X e = X d + ( B + R1 sin α )(tan α ) Ye = Yd + B + R1 sin α e( X e , Ye ) = e( X d + ( B + R1 sin α )(tan α ), Yd + B + R1 sin α ) (2 − 3) α =α, O1 ( X O1 , YO1 ) = O1 ( X e + R1 cos α , Yd − B) X f = X O1 − R1 sin β (2 − 4) 17 2−4 參數 f f ( X f ,Yf ) φ=β X f = X O1 + R1 sin β Y f = YO1 + R1 cos β f ( X f , Y f ) = f ( X O1 − R1 sin β , YO1 + R1 cos β ) 2−4 參數 (2 − 5) g g ( X g , Yg ) X g = X O1 + C Yg = Y f + fg cosφ g ( X g , Yg ) = g ( X O1 + C , Yg − X g tan β ) (2 − 6) 參數 2-2 參數 連 p p ( X P , YP ) XP = Xb + A YP = Yb p( X P , YP ) = p( X b + A, Yb ) ( 2 − 7) n( X n , Yn ) Xn = XP Yn = YP − T n( X n , Yn ) = n( X P , YP − T ) (2 − 8) 六 j( X j , Y j ) X j = XC + A Y j = YC j ( X j , Y j ) = j ( X C + A, YC ) (2 − 9) 18 2−5 參數 O2 m O2 ( X O2 , YO2 ) X O2 = X O2 + D YO2 = Y j − E O2 ( X O2 , YO2 ) = O2 ( X O2 + D, Y j − E ) (2 − 10) m( X m , Ym ) 2 jm = O2 J − R2 2 ε = sin −1 ( R2 / O2 j ) δ = tan −1 (Y j − YO / X j − X O ) 2 2 γ = δ −ε X m = X j + jm sin γ Ym = Y j + jm cos γ m( X m , Ym ) = m( X j + jm * sin γ , Y j + jm * cos γ ) 2−6 參數 (2 − 11) h h( X h , Yh ) gi = X O2 − X g O2 i = Yg − YO2 ξ = tan −1 (O2 i / gi ) Ω = sin −1 (O2 h / O2 g ) η =ζ −Ω 2 gh = O2 g − R2 2 X g = X h − gh cosη Yg = Yh + gh sinη h( X h , Yh ) = h( X g + gh cosη , Yg − gh sinη ) 兩 (2 − 12) (2 − 6) g h 19 (2 − 12) 列 參數 參數 列 參數 參數 2-3 行 流 參數 兩 2 例 例 料 論 料流 2-1 例 3 2-1 行 2-3 兩 2 不 行 流 不 狀 2-8 說 2-7 度 2-8 5mm 料 2-7(a)說 料 2-7 流 料 2-7(b)說 料 料 2-7(c)說 兩 料 料 度 兩 2-7(d)說 料 流 流 料 2-7(f)說 流 2-8 說 2-1 不 力 度 流 兩 3 料 2-7(e)說 不易 不 狀 2-9 2-10 說 度 2-10 5mm 2-9(a)說 料 2-9(b)說 20 料 2-9 流 料 料 落 料 2-9(c)說 料 兩 料 料 度 兩 料 流 落 料 2-9(e)說 說 2-9(d) 說 流 料 流 2-10 力 流 2-9(f) 說 度 不易 流 料流 度 力 料 21 料流 易 2-1 參數 Illustration of parameters on a multi-step micro groove) 2-2 參數 (Division of the parameterized multi-step micro groove) 22 2-3 2 Drawing of Section 2) 2-4 4 Drawing of Section 4) 23 2-5 5 (Drawing of Section 5) 2-6 7 (Drawing of Section 7) 24 2-7 Step V-Flat ( ) (Moldflow simulation of filling process on Step V-Flat micro groove with side gate) 25 2-8 Step V-Flat ( ) (Moldflow simulation of filling process on Step V-Flat micro groove with back gate) 26 2-9 Step T-Shape ( ) (Moldflow simulation of filling process on Step T-Shape micro groove with side gate) 27 2-10 Step T-Shape ( ) (Moldflow simulation of filling process on Step T-Shape micro groove with back gate) 28 2-1 Summary of parameters of 參數 various multi-step micro grooves) Step V-Flat(1) 1 Step V-Flat(2) 2 Step T-Shape(1) 3 Step T-Shape(2) 4 Step V-Flat(1) T L F A B C G J T L F A B C G J D E R1 R2 Φ θ K H C B 0 0 Φ 0 90 H T L F A B C G J T L F A B C G J D E R1 R2 Φ θ K H C B 0 0 Φ 0 K H T L F A B C G J T L F A B A G J D E R1 R2 Φ θ K H A B 0 0 Φ 90 K H T L F A B C G J T L F A B A G J D E R1 R2 Φ θ K H A B 0 0 Φ 90 90 H T L F A B C G J 29 5 Step V-Flat(2) 6 Step Flat-Circle(1) 7 Step Flat-Circle(2) 8 Step V-Round(1) 9 Step V-Round(2) T L F A B 0 G J D E R1 R2 Φ θ K H 0 B 0 0 Φ 0 90 H T L F A B C G J T L F A B 0 G J D E R1 R2 Φ θ K H 0 B 0 0 Φ 0 K H T L F A B C G J D E R1 R2 Φ θ K H D E R1 R2 Φ θ K H 0 B R1 R2 0 0 K H T L F A B C G J T L F A B 0 G J D E R1 R2 Φ θ K H 0 B R1 R2 0 0 90 H T L F A B C G J T L F A B 0 G J D E R1 R2 Φ θ K H 0 B R1 R2 Φ 0 90 H T L F A B C G J T L F A B 0 G J D E R1 R2 Φ θ K H 30 10 Step T-Round(1) 11 Step T-Round(2) 12 Step T-Circle(1) 13 Step T-Circle(2) 14 0 B R1 R2 Φ 0 K H T L F A B C G J T L F A B C G J D E R1 R2 Φ θ K H 2C B R1 R2 Φ 0 90 H T L F A B C G J T L F A B C G J D E R1 R2 Φ θ K H 2C B R1 R2 Φ 0 K H T L F A B C G J T L F A B C G J D E R1 R2 Φ θ K H 2C B A/2 A/2 90 0 90 H T L F A B C G J T L F A B C G J D E R1 R2 Φ θ K H 2C B A/2 A/2 90 0 K H 31 2-2 參數 (Measuringofe parameters of multi-step micro groove) 參數 (parameter) G (Meaming) 參數 參數 (value) ob = pq 離 F cd = jn 離 J 度 bp A 度 dj B C cos α dO1 離 cos φ fg 離 D 離 E dj − (cos φ fg + sin γ jO2 ) sin γ jO2 離 R1 O1 f R2 O2 m K ∠abc 度 ∠cde 度 Φ 180 − (∠fgh + ∠hgi ) 32 2-3 參數 (Examples of the parameterized multi-step micro grooves) Step V-Flat(mm) Step T-Shape(mm) T L F A B C G J 1 10 2 5 0.5 2 0.5 9 D E R1 R2 Φ θ K H 2 0.5 0 0 0 135 45 1 T L F A B C G J 1 10 2 5 0.5 3 0.5 9 D E R1 R2 Φ θ K H 2.5 0.5 0 0 0 90 45 1 33 流 冷 了 良 兩 度 度 便 流 冷 3-1 3-1-1 兩 不 兩 度 流 UV 精度 便 精度若 不 CAD (A) 3-1~3-4 狀 (B) (A) 不 (B) ( ) <110> 雷 參數 來 狀 度不 度 度 精 狀 率不 3-5 34 3-6 狀 4 流 3-1-2 立 p 老 <110> 3-7 3-5 度 量 立 來 KOH D 來 度 Ra 0.1 m 1 m SiO2 奈 行 3-8 冷 3-9 2D 流 3D 流 1. SiO2 (S1813) 度 S1813 了 度 S1813 5 500rpm 率 3 1000rpm 5 500rpm 2. 了 力 3.冷 冷 4. 了 3min 行 3-3 兩 3-10 說 SiO2 UV 行 寛 率 3 5. 利 (MF-319) 圗 3-11 利 35 兩 78mJ/cm2 6. 利 輪廓 α-step500 1.3 度 留 3-12 行量 m 量 度 S1813 7. BOE Buffered Oxide Etch BOE( HF 行 ) SiO2 BOE 兩 BOE 利 20 1 BOE m 3-13 說 SiO2 度 8. KOH BOE (44g/100ml KOH 30 ) 度 來 KOH 3-14 說 行 度 m 狀 兩 度 KOH 兩 圗 3-15 說 切 KOH 切 ) 切 (Undercut) 切 ( SiO2 綠 說 ) ( 率行 數 行量 度量 度 9. 21 利 KOH 留 10. KOH (S1813) 11. 了 力 12.冷 冷 13. 3min 行 3-4 兩 SiO2 不 36 BOE UV 行 UV 兩 CLEAN 14. 利 15. 利 DARK 利 留 16. BOE 行 BOE( ) HF SiO2 BOE 利 行量 3-16 BOE ( 輪廓 ) SiO2 17. KOH (44g/100ml BOE 度 3-17 30 ) KOH 兩 KOH KOH 行 量 度 25 度 25 度 m 3 3-18 m m KOH 度 m 21 不 度 不 數 量 來 數 量 不 18. 利 留 KOH 3-2 3-19 (S1813) SiO2 了 3-20 了 不 了 37 3-21 UV 便 不 3-22 SiO2 錄A 路 度 狀 便 Alpha-Step500 輪廓量 度 輪廓 來 度 Alpha-Step500 量 便 度 輪廓 度 KOH 度 度 Alpha-Step500 量 便 3-23 度 Alpha-Step500 輪廓 不 都 易 來 不 度 率 3-3 了 率 良 兩 度 度 度 便 流 冷 路 參數 量 率 料 度 量 流 冷 3-3-1 FUTABA 38 率 1515 SA 3-24 錄B 兩 量不易 來 更 易 度 3-25 來 3-26 3-3-2 離 不 裂 量 拉料 冷料 了 裡 度都 度 3-27 3-3-3 流 流 流 料 量 料流 狀 利 料 料 烈流 冷 3-3-4 了 量 兩 兩 數(850W) ( 39 ) 流 降 量 量 數 度 度便 度 降 量 逸 率 冷 ( 兩 8mm) 冷 冷 了 冷 冷 降 更 3-4 切 切 度 不 100µm 力 裂 利 (SILCONE AK-100) 落 來 量 40 CPU 3-1 (A) (Design of the first mask for etching multi-step micro grooves) 41 3-2 (B) (Design of the first mask for etching multi-step micro grooves) 42 3-3 5 CAD (A) (CAD design of the first mask for etching multi-step micro grooves) 3-4 5 CAD (B) (CAD design of the second mask for etching multi-step micro grooves) 43 3-5 狀 (Multi-step micro groove mold inserts microscopic) 44 3-6 4 切 (4 inch wafer multi-step micro grooves for DSM with uncut) 3-7 3-5 D 度 (KOH etching multi-step micro grooves surface rough) 45 7. 1st KOH etching 1. Si wafer 8. Applying photorestist 2. Growing oxide(SiO2) 9. 2nd UVExposure 3. Applying photorestist MASK B 4. 1st UV Exposure MASK A 10. 2nd Developing 5. 1st Developing 11. 2nd BOE etching 6. 1st BOE etching 12. 2nd KOH etching 3-8 2D 流 (2D illustration and flow chart of etching si-mold insert for multi-step micro grooves) 46 1. Si Wafer 4. 1st UV Exposuring(MASKA) 2. Growing Oxide(SiO2) 5. 1st Developing by MF-319 3. 1st Applying photorestist(S1813) 6. 1st BOE Etching(Removing SiO2) 47 7. 1st KOH Etching(Removing Si and photorestist) 10. 2st Developing by MF-319 8. 2st Applying photorestist(S1813) 11. 2st BOE Etching(Removing SiO2) 9. 2st UV Exposuring(MASKB) 12. After2st KOH Etching process 3-9 3D 流 (3D illustration and flow chart of etching si-mold insert for multi-step micro grooves) 48 3-10 (Mask aligmnet in lithorgraphy) 圗 3-11 ( MF-319) (Developing by MF-319) 49 3-12 度 (Thickness of 1st photoresist) 3-13 BOE 離 (Depth from photoresist to si wafer after BOE etching) 50 3-14 KOH 度 (Depth after 1st KOH etching process) 圗 3-15 BOE (Micro view of si-mold insertbefore 2nd BOE etching ) 51 3-16 BOE (Micro view of Si-mold insertbefore 2nd BOE etching ) 3-17 KOH 度( 3-5 D (Depth after 2st KOH etching process) 52 C ) 3-18 KOH (Pattern of Si-mold inserts after 2nd BOE etching) 3-19 (Spin coating machine) 53 3-20 (Heating plate) 3-21 UV (UV exposing machine) 54 圗 3-22 輪廓 α-step500 (Surface profilerα-step500) 3-23 (Wet chemical etching apparatus) 55 3-24 (FUTABA 1515 SA type moldbase) 56 Holding for Si-mold inserts Gate Electric heater sensor Electric heating tubes Temperature sensor hole 3-25 (Design of core plate) 57 3-26 (Cu holding block in cvavity plate) 3-27 (Cu holding block as ejecting pin) 58 流 來 力 度 來 數 立 參數 不 3 立 來 流 論 不 度 Fusion 流 參 料 流 4-1 Moldflow MPI4.1 力 度 來 流 參數 流 4-2 Moldflow MPI 4.1 流 4.1 MPI 狀 Pro-E Pro-E mm 切 0.01 ANSYS 來 Moldflow MPI 4.1 料 狀 MPI 4.1 4-1 理 4.1 Moldflow MPI 力 力數 度 Fusion 力 參數 參數 59 流 4-3 參數 流 度 度 0.4mm 狀 度 25mm 料 3.71mm 0.4 0.45 250 30 參數 行 ~110 4-2~ 利 4-4 4-2~ 流 力數 力 4-4 力 力 0.4sec 力 70~110 140 64.9MPa 70~100 度 力 力 0.45sec 力 狀 140 狀 105 71~75MPa 65.6MPa 72~75MPa 80~100 力 0.5sec 力 30 86.05MPa 力 力 80~140 140 66.22MPa 都 力 略 力 參數 4-5 (0.4sec 60 80 若 73~76MPa 力 MPI 4.1 力 80~100 73~76MPa 力 PMMA 80~140 力 力 力 30~70 84.05MPa 力 狀 力 30~60 80.50MPa 0.5sec 流 4-1 力數 流 Fusion 度 26.62mm 度 立 80 70MPa 4-5 ) Moldflow 流 4-4 論 兩 料 行 不 3 不 參數 來 論 料 狀 流 3D 參數 4-6 例 1 料 4-6(a)說 ( 料 流 ) 流 4-6(b)說 料 料 流 4-6(c)說 料 度 料 4-6(d)說 料 料 4-6(e)說 例 兩 2 不 不 狀 度 1 2mm 5mm 兩 料 4-7(a)說 料 兩 料 流 料 4-7(b)說 料 料流 兩 料 4-7(c)說 料 兩 料流 料流 4-7(e)說 兩 料 4-7(f)說 兩 4-8 料 4-7(d)說 4-7(f) 兩 料 A-A 流 4-9 61 4-7(f) 流 A-A 例 3 兩 不 不 狀 度 0.1 0.2mm 40~110 料 不 行 240~270 流 例 兩 料 0.5mm 兩 流 2 料流 列 兩 參數 度 料 度流 0.5mm 流 4-10(a)說 料 40 4-10(b)說 料 50 落 4-10(c)說 料 60 4-10(d)說 料 70 4-10(e)說 4-10(f)說 料 料 80 90 ~110 落 4-11(a)說 料 230 4-11(b)說 料 240 ~270 料 流 230 度 料 62 流 不 不 4-1 (Mesh diagram of simulated part) 4-2 力 (0.4sec 料 250 ) (Injection pressure vs mold temperature of Moldflow analysis at filling time 0.4sec injection temperature 250 ) 63 4-3 力 (0.45sec 料 250 ) (Injection pressure vs mold temperature of Moldflow analysis at filling time 0.45sec injection temperature 250 ) 4-4 力 (0.5sec 料 250 ) (Injection pressure vs mold temperature of Moldflow analysis at filling time 0.5sec injection temperature 250 ) 64 4-5 Moldflow MPI4.1 (0.4sec 80 (Filling pressure process of mold flow analysis at filling time 0.4sec injection temperature 80 ) 65 ) (a) Simulated filling process (1) (b) Simulated filling process (2) (c) Simulated filling process (3) (d) Simulated filling process (4) (e) Simulated filling process (5) 4-6 (Moldflow simulation of single groove with thickness 5mm) 66 4-7 Moldflow MPI4.1 (5mm) (Moldflow simulation of two-step groove with thickness 5mm) 67 4-8 4-7(f)A-A (2-D and 3-D filling velocity and direction at A-A section of Figure 4-7) 68 4-9 4-7(f)A-A (Schematic diagram of simulating to filling direction at A-A section figure4-7(f)) 69 4-10 不 (0.5mm) (Filling results of step groove at different mold temperature) 70 (a)injectiontemperature 230 (b)injectiontemperature 230 4-11 不 (0.5mm) (Filling results of step groove at different injection temperature) 4-1 流 參數 (Parameter for Moldflow analysis) Filling type injection time0.4sec 0.45 sec Net grid 32658 plastic 0.5 sec Tetras Asahi PMMA 80NH Injection temperature 250 Mold temperature 30~110 Water temperature 80 Water pressure 0.15 MPa Mold-open time 5sec Maximumi injection pressure 220 MPa Packing pressure Injection pressure80% Packing time 2 sec Packing switch 99% 71 4-2 流 數 ( ) (Filling result of Moldflow analysis ) Filling type injection time 0.4sec Mold temperature Injection pressure Molding(%) MPa 30 80.50 MPa Short shoot 40 78.94 MPa Short shoot 50 77.42 MPa Short shoot 60 75.87 MPa Short shoot 70 75.09 MPa 100% 80 73.61 MPa 100% 90 72.11 MPa 100% 100 71.15 MPa 100% 110 69.75 MPa 100% 120 68.23 MPa 100% 130 66.67 MPa 100% 140 64.93 MPa 100% 72 4-3 流 數 ( ) (Filling result of Moldflow analysis ) Filling type injection time 0.45sec Mold temperature Injection pressure Molding(%) MPa 30 84.05 MPa Short shoot 40 82.16 MPa Short shoot 50 80.11 MPa Short shoot 60 78.14 MPa Short shoot 70 76.52 MPa Short shoot 80 75.63 MPa 100 90 73.78 MPa 100 100 72.13 MPa 100 110 70.87 MPa 100 120 69.14 MPa 100 130 67.34 MPa 100 140 65.60 MPa 100 73 4-4 流 數 ( ) (Filling result of Moldflow analysis ) Filling type injection time 0.5sec Mold temperature Injection pressure Molding(%) MPa 30 86.05 MPa Short shoot 40 85.26 MPa Short shoot 50 83.27 MPa Short shoot 60 80.96 MPa Short shoot 70 78.82 MPa Short shoot 80 76.88 MPa 100 90 75.63 MPa 100 100 73.61 MPa 100 110 71.69 MPa 100 120 70.21 MPa 100 130 68.19 MPa 100 140 66.22 MPa 100 74 4-5 參數 參數 (Operation parameters of injection molding experiments) Injection parameter for part thickness 1.3mm 0.8mm Injection temperature 250 Mold temperature 80 Water temperature 80 Water pressure 0.15 MPa Mold -open time 5sec Injection pressure 70MPa Packing pressure 50MPa Packing time 2sec 75 0.4mm 流 -6 例 參數 (Geometric values of multi-step micro grooves for Moldflow simulation) Case1 T-Shape(mm) Case 2 Step T-Shape(mm) Case 3 Step T-Shape(mm) T L F A B C G J 1 10 0 0 0 0 4 2 D E R1 R2 Φ θ K H 0 0 0 0 0 0 90 H T L F A B C G 2 10 2 5 1 2.5 0.5 9 D E R1 R2 Φ θ K 2.5 1 0 0 0 90 90 H T L F A B C G 0.2 10 2 5 0.1 2.5 0.5 9 D R1 R2 Φ θ K 0 90 90 H E 2.5 0.1 0 0 76 J H J H A. 兩 度 B. 力 C. 參數 流 D.不 料 5-1 料 5-1 5-1-1 FANUC α-15iA 料 立 5-2 FANUC α-15iA 16mm 率 15 力 螺 42cm3/sec 56mm 錄C 5-1-2 5-3 利 來 冷 度 度 便 不 冷 冷 量 77 度 料 冷 流 兩 利 冷 冷 度 冷 度 冷 行 度 度 5-4 5-1-3 料 粒 料 冷料 穏 80 料 理 利 5 易 5-1-4 料 5-5 料 料 力 度 良 度 Asahi Kasei 狀 錄D 力 5-2 流 80NH 狀 5-6 參數 參數 度 參數 狀 MPI4.1 流 參數數 Moldflow 行 流 5-7 兩 78 A. 度 B. 力 C. D.不 參數 流 兩 連 度 度 參數 參 數 力 度 度 力 度 參數 參 數 參數 5-8 參數 參數 參數 來 5-3 度 A 力 A 度 率 度 料 流 度 流 臨 降 料 料 流 度 料 度 料 流 力 料 料 易 來 冷 度 料 料 不 度 力 (1) Moldflow MPI4.1 度 參數 參數數 0.4mm 流 度 79 參數 力 度 參數 度 (2) 度 度 0.8 參數 數 參數 1.3 度 0.4mm 參數 力數 參數數 0.4mm 流 參數 力參數 70MPa 數 100MPa 力 5-1 5-9 流 5-4 力數 數 力 40MPa 參數 量 率 度 B 參數 B 參數 參數 度 A 0.8mm B 度 度 力 度 參數 度 力 度 參數 參數 流 5-10 力 力 5-4-1 度 度 度 力 度 70MPa 度 不 力 0.8mm 力 80 力 40 60 80 100MPa 力 料 狀 5-2 參數 5-4-2 5-11 流 度 度 流 0.8mm 度 250 度 220 料 260 度 力 不 度 料 度 280 度 240 250 度 度 5-3 流 參數 5-12 5-4-3 度 度 度 0.8mm 不 度 25 50 度 度 5-4-4 75 參數 5-13 流 力 0.8mm 度 20MPa 10MPa 40MPa 力 參數 5-4-5 度 度 110 料 度 80 5-4 260 不 力 20 力 料 狀 30 力 5-5 流 5-14 度 度 81 0.8mm 不 度 度 25mm/s 度 70mm/sec 度 40 55 15mm/s 度 70mm/sec 利 料 度 10mm/sec 度 50 65 25 度 80mm/sec 度 度 參數 料 狀 度 5-6~ 5-7 流 5-16 5-5 C 流 B 參數數 Moldflow MPI4.1 料 料流 行 5-6 D 料 力 異 留 ( 率 (Photoelasticity) 力 ) 量 (Polarizing filter)來 若 留 力不 力 來 5-17 5-7 82 35 5-15 精度 (1) 來 (2) (3) 精度 不 來降 (Normal 數 Distribution) (Gaussiam Distribution) 數 ⎡ 1 ⎛ x − µ ⎞2 ⎤ f ( x) = exp ⎢ − ⎜ ⎟ ⎥ σ 2π ⎣⎢ 2 ⎝ σ ⎠ ⎦⎥ 1 (5-1) 來 6 說 5-2 列 5-3 99.73% (Natural Tolerance) H1 6 H 1 ± 3σ H1 (5-2) H2 6 H 2 ± 3σ H 2 (5-3) 5-8 量 量 力 度 率 兩 (2) (1) 度 量 率量 量 5-18 83 量 離 5-8-1 率 率量 量 離 離 度 度 率量 量 5-4 率 參數 率 5-19 量 度 率(Filling Rate) = 量 離d/ 度L (5-4) 5-8-2 率量 度狀 率 (Groove Filling Error Rate, GFER) 量 - Step 500 異 5-5 5-6 輪廓量 來量 3-27 5-21 MSGFER = SGFER = h1 − H 1 H1 h2 − H 2 H2 * 100% (Step Groove Filling Error Rate, SGFER) 度 兩 度 h1 度 兩 度 度 不易 異 H1 Alpha 量 5-22 *100% (Middle Groove Filling Error Rate, MGFER) H2 22 5-20 量 H1 h2 量 H2 量 度 錄E 84 (5-5) (5-6) 來量 度 裂 參數 參數 不 不 行 不 度不 度 理論 量 不 量 都 了 理 ( Allowed Tolerance Band ) 都 異 度 度 異 度 度 度 度 度 不 參數 度 六 度 參數 論 參數 流 論 85 論 5-1 (Experimental system of DSM for MSMG) 86 5-2 FANUC (FANUC 5-3 -15 iA -15 iA injection molding machine) OTC-035 (Mold temperature control machine FLYING TIGER KJ CO., LTD.OTC-035) 87 路 5-4 (Mold with mold temperature machine control) 5-5 易 料 (Plastic drying machine) 88 5-6 Asahi Kasei 80NH (80NH acrylic, Asahi Kasei Co.) 89 力 參 數 度 參數 率 量 量 量 率 度 流 論 流 5-7 (Experiment flow chart) 90 度 率 度 度 參數 率 參數數 參數 流 5-8 (Relationship of each experiment) 91 度 度 力 率 度 力 力 度 力 率 度 5-9 1mm 0.8mm 0.4mm 率 流 (Experimental of flow chart of part thickness of 1.3,0.8 and 0.4mm) 92 參數 度 0.8mm 度 力 度 力 參 數 參 數 參 數 5-10 參數 流 (Experiment of filling with different injection parameters) 93 力 力 力 力 力 力 5-11 力 流 (Filling of MSMG with different injection pressure) 94 度 度 度 度 度 度 5-12 度 流 (Filling of MSMG with different injection temperature) 95 度 度 度 度 度 5-13 度 流 (Filling of MSMG with different mold temperature) 96 力 力 力 力 力 5-14 力 流 (Filling of MSMG with different packing pressure) 97 度 度 度 度 度 度 5-15 度 流 ( ) (Filling of MSMG with different injectionvelocity) 98 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 5-16 度 流 ( ) (Filling of MSMG with different injectionvelocity) 99 (Polarizer lens) Middle point Filling distance d L 離 100 量 Measurement direction 量 101 Measurement direction 量 102 度 5-1 1.3mm 0.8mm 0.4mm 參數 (Injection parameters for MSMG with 1.3,0.8 and 0.4mmpart thickness) 度 度 參數 力 力 MPa 螺 度 力 冷 度 冷 力 5-2 0.8mm 參數 (Injection parameters for effects of injection pressure on filling of MSMG with 0.8mm thickness) 度 o 參數 C 250 mm/sec 25 力 MPa 20 250 100 0.45 螺 mm 25 力 MPa 50 度 oC 4 冷 度 oC 12 冷 sec 103 250 度 sec RPM 力 MPa 250 0.5 80 15 度 5-3 0.8mm 參數 (Injection parameters for effects of injection temperature on filling of MSMG with 0.8mm thickness) 度 o C 220 mm/sec 參數 力 MPa 260 220 260 220 度 25 70 力 MPa 50 sec 8 RPM 力 MPa mm 0.5 度 oC 4 冷 度 oC 12 冷 sec 度 5-4 0.8mm 260 25 0.45 螺 260 220 80 15 參數 (Injection parameters for effects of mold temperature on filling of MSMG with 0.8mm thickness) 度 o 參數 C 250 mm/sec 25 度 25 70 力 MPa 50 力 MPa 250 0.45 螺 RPM 力 MPa mm 250 sec 度 oC 100 4 冷 度 oC 12 冷 sec 104 250 0.5 25 75 15 力 5-5 0.8mm 參數 (Injection parameters for effects of packing pressure on filling of MSMG with 0.8mm thickness) 度 o 參數 C 250 mm/sec 25 度 70 力 MPa 20 力 MPa 250 250 0.45 螺 RPM 度 oC 4 冷 度 oC 12 冷 sec 力 MPa mm 25 sec 100 度 5-6 0.8mm 250 40 0.5 80 15 參數 (Injection parameters for effects of injection velocity on filling of MSMG with 0.8mm thickness) 度 o C 1. 參數 250 mm/sec 25 力 MPa 250 70 70 0.45 螺 RPM 力 MPa mm 250 度 25 力 MPa 50 sec 度 oC 110 4 冷 度 oC 12 冷 sec 105 250 0.5 80 15 度 5-7 0.8mm 參數 (Injection parameters for effects of two-stage injection velocity on filling of MSMG with 0.8mm thickness) 度 o C 2. 參數 250 mm/sec 35 力 MPa 250 80 70 0.45 螺 RPM 力 MPa mm 250 度 25 力 MPa 50 sec 度 oC 110 4 冷 度 oC 12 冷 sec 106 250 0.5 80 15 六 論 論 6-1 度 力 力 率 不 6-2 A 度 不 參數 B 參數 6-3 C 流 參 數 6-4 參數 留 D 力 率 6-1 A 度 A 參數 度 力 流 料流 料 度 力 度 度 度 1.3 0.8 0.4mm 6-1-1 不 度 率 度 1.3mm 6-1 度 0.8mm 力 60MPa 度 0.4mm 度 1.3 0.8 40MPa 0.4mm 易 力 不 裂 力降降 裂 說 度 了 來 易 力不 流 力 107 來 料 6-1 更 率 力 度 不 40MPa 度 1.3mm 0.8mm 率 度 率 力 異 參數 6-2 B 參數 了 更 更 力 力 來 不 h2 量 6-7 不 度量 力 度量 度 度 h1 6-5 不 6-6 不 兩 6-2 h2 量 h1 h2 量 h1 度 不 度 度 參數 度 0.8mm 度 6-3 6-8 更 力 度 度 6-4 0.4mm 不 力 h1 h1 h2 量 h2 量 力 6-2-1 力 6-2 力 100 MPa h1 力 60MPa 力 不 力 度 力 6-2 h2 力 100 MPa 80MPa 60MPa 率 -0.33% 80MPa 6-3 100MPa MGFER MGFER 0.72% SGFER 108 力 0.44% SGFER 0.97% 60MPa MGFER -0.79% SGFER 4.89% 度 h1 度 6-2-2 6-4 度 250 度 6-4 260 240 度 h2 260 度 度 6-5 260 MGFER -0.66% 0.63% SGFER SGFER 1.2% 240 度 h1 率 0.53% 250 MGFER MGFER -0.82% SGFER 2.07% 度 6-2-3 6-6 50 25 度 度 75 度 6-6 h2 度 75 度 6-7 率 50 -2.59% 6-2-4 75 MGFER -0.18% SGFER 0.46% MGFER -2.18% SGFER 1.47% MGFER SGFER 2.37% 25 力 力 6-8 30MPa h1 力 40 MPa 力 20MPa 易 40MPa 109 力 6-8 力 h2 力 40MPa 力 6-9 率 -0.23% 40MPa 30MPa MGFER MGFER -0.91% MGFER -0.03% 0.12% SGFER SGFER SGFER 1.23% 20MPa 2.11% 度 6-2-5 度 6-10 h1 50mm/s 25mm/s 75mm/s 度 6-10 度 h2 度 25mm/s 不 度 6-11 率 25mm/s 40mm/s MGFER MGFER -0.56% MGFER -2.5% SGFER SGFER 3.42% -0.28% SGFER SGFER 2.37% 1.23% 70mm/s 0.67% 55mm/s MGFER -2.5% 度 6-2-6 度 度 不 來 h1 度 6-12 度 h1 25/35mm/s 70/80mm/s 6-12 度 h2 度 25/35mm/s 110 h2 度 6-13 MGFER -0.03% 0.88% SGFER 1.44% SGFER 0.63% -0.4% 55/65mm/s 70/80mm/s MGFER 率 25/35mm/s 45/50mm/s MGFER MGFER -1.13% 0.98% SGFER SGFER 1.2% 參數 6-2-7 力 100MPa h1 異 h2 都 100MPa 度 260 h1 異 h2 都 度 260 h1 度 異 h2 都 力 75 異 h2 h1 力 20MPa 異 h2 參數 40MPa 都 力 40MPa h1 75 40MPa 都 都 力 參數 參數 度 25mm/s h1 異 h2 都 25mm/s 度 25/35mm/s h1 都 異 h2 25/35mm/s 度 不 h1 h2 來 度 力 數 6-9 參數 參數 111 參 6-3 流 C 不 不 了 料 料流 流 參數 流 50 螺 行 來 離 Moldflow MPI4.1 參數 力 6-10 都 流 6-14 流 料流 50 50 流 流 不 不 度 0.01 0.02 料 流 料 度 6-4 D 量 留 力 留 (Polarizing filter) 率 : 力 (1) (2) 冷 力 零 (3) (4) 切 冷 力 112 力 ( 若 ) 留 6-15 不 度 75 50 A 來 來不 流 A 來 B 留 50 留 料 B A 力 B 力 6-18 力 料冷 料 料 留 更 力 利 力 力 113 75 留 6-1 力 率 (Relation between injection pressure and fillingrate for different part thickness) 114 6-2 力 h1 h2 (0.8mm) (Distribution of h1 and h2 of part thickness 0.8mm with different injection pressure) 115 6-3 力 率 (0.8mm) (Distribution of MGFER for h1 and SGFER for h2 with different injection pressure) 116 6-4 度 h1 h2 (0.8mm) (Distribution of h1 and h2 of part thickness 0.8mm with different injection temperature) 117 6-5 度 率 (0.8mm) (Distribution of MGFER for h1 and SGFER for h2 with different injection temperature) 118 6-6 度 h1 h2 (0.8mm) (Distribution of h1 and h2 of part thickness 0.8mm with different mold temperature) 119 6-7 度 率 (0.8mm) (Distribution of MGFER for h1 and SGFER for h2 with different mold temperature) 120 6-8 力 h1 h2 (0.8mm) (Distribution of h1 and h2 of part thickness 0.8mm with different packing pressure) 121 6-9 力 率 (0.8mm) (Distribution of MGFER for h1 and SGFER for h2 with different packing pressure) 122 6-10 度 h1 h2 (0.8mm) (Distribution of h1 and h2 of part thickness 0.8mm with different one-step velocity) 123 6-11 度 率 (0.8mm) (Distribution of MGFER for h1 and SGFER for h2 with different one-step velocity) 124 6-12 度 h1 h2 (0.8mm) (Distribution of h1 and h2 of part thickness 0.8mm with different two-step velocity) 125 6-13 度 率 (0.8mm) (Distribution of MGFER for h1 and SGFER for h2 with different two steps velocity) 126 6-14 流 50 (Comparison of simulated result and injection part of short shot with mold temperature 50 ) 6-15 50 75 (Photos for photoelastic stress analysis of injection parts with mold temperature 50 and 75 ) 127 6-1 度 力 率 (Experiment results of filling rate for different part thickness) Thickness Injection Filling Filling (mm) pressure distance rate (MPa) 40 60 80 100 40 60 80 100 40 60 80 100 (mm) 6.12 9.87 9.86 9.96 5.25 9.97 9.97 9.98 3.82 9.96 9.95 9.98 (%) 61.2 98.7 98.6 99.6 52.5 99.7 99.7 99.8 38.2 99.6 99.5 99.8 1.3 0.8 0.4 128 度量 6-2 (Etching depth of Si-mold insert) Measured value H1(µm) H2(µm) 1 32.81 30.03 2 31.89 30.63 3 32.33 31.30 4 32.47 29.77 5 32.66 30.29 6 32.31 30.03 7 31.70 30.00 8 30.45 30.40 9 30.85 29.02 10 32.06 30.07 11 30.33 28.19 12 33.09 30.22 13 31.66 30.29 14 30.83 29.97 15 30.74 28.98 16 31.66 30.14 17 32.05 30.67 18 32.50 30.89 19 31.31 29.89 20 32.11 28.44 21 32.08 29.51 22 27.96 27.79 Average value 31.60 29.84 Standard error 0.23 0.18 30.88 ~ 32.31 29.28 ~ 30.88 No. ±3 times allow tolerance blend 129 力 6-3 度量 (Part depth with different injection pressure) Parameter vs Measured value h1(µm) h2(µm) Injection Injection Injection pressure pressure pressure 60MPa 80MPa 100MPa 31.68 31.34 31.79 29.85 31.61 32.16 32.52 32.54 31.29 30.27 29.00 30.14 30.15 30.09 30.00 31.52 30.15 30.26 度 6-4 度量 (Part depth with different injection temperature) Injection Parameter vs Measured value h1(µm) h2(µm) Injection Injection temperature temperature temperature 240 250 260 31.36 31.39 31.43 31.79 31.19 31.34 31.04 31.63 31.25 30.01 30.19 30.18 30.39 30.47 29.89 30.99 29.94 29.95 130 度 6- 度量 (Part depth with different mold temperature) Parameter mold mold mold vs Measured temperature temperature temperature value 25 50 75 h1(µm) h2(µm) 31.15 30.55 31.47 30.43 31.20 31.57 30.78 30.99 31.58 31.17 30.02 30.35 30.10 30.13 30.24 30.39 29.83 30.26 力 6-6 度量 (Part depth with different packing pressure) Parameter vs Measured value Packing Packing pressure Packing pressure 80MPa 100MPa 31.21 31.27 31.75 31.35 31.06 31.38 32.21 31.61 31.79 30.66 29.80 30.04 30.67 29.34 30.35 30.10 30.17 30.26 pressure 60MPa h1(µm) h2(µm) 131 度 6-7 度量 (Part depth with different one-stage injection velocity) Parameter vs Measured value h1(µm) h2(µm) 1.injection velocity 1.injection velocity 1.injection velocity 1.injection velocity 25mm/sec 40 mm/sec 55 mm/sec 70 mm/sec 31.57 31.77 31.20 30.37 30.25 30.01 31.77 31.00 31.49 30.86 30.39 30.23 30.09 31.25 31.11 31.05 30.01 30.61 30.56 31.58 30.30 30.95 30.21 28.97 6-8 度 度量 (Part depth with different two-stage injection velocity) Parameter 1.injection 1.injection 1.injection 1.injection velocity velocity velocity velocity vs Measured 25mm/sec 40mm/sec 55mm/sec 70mm/sec 2.injection 2.injection 2.injection 2.injection value velocity velocity 35mm/sec 50mm/sec h1(µm) h2(µm) 31.29 31.27 31.31 30.09 30.35 30.39 31.31 31.27 31.16 29.87 29.98 29.32 132 velocity 65mm/sec velocity 80mm/sec 31.62 31.67 31.49 29.86 30.63 29.61 31.13 31.35 31.48 30.95 29.31 30.34 參數 6-9 (Optimal operation parameters operation from experimental parameter results) Optimal parameter Injection Injection pressure temperatur temperature pressure 100MPa Mold 260 Packing 75 6-10 40MPa Injection Injection Velocity(1) Velocity(2) 25mm/s 25/35mm/s 流 (Comparison of Moldflow analysis and experimental results) Injection pressure MPa Moldflow analysis experimental results Injection Mold temperature temperature Injection time sec 71.75 250 50 0.477 70 250 50 0.45 133 論 7-1 論 論 (1) (DSM) LIGA 狀 (2) 參數 力 度 度 力 度 異 (3) 參數 (4) 參數 參數 兩 力 度 度 參數 Moldflow MPI4.1 (5) 度 0.8mm 流 50 (6) 度 0.8mm 75 留 留 力 134 力 50 來 (1) 精度 (2) 度 度 量 (3) 度 了 KOH SiO2 Si3N4 (4) 度 精度 降 135 裂 SiO2 參 1 林 論 2 李 5-9 3 2003 年 6 67 pp 1997年8 Liwei Lin, “Microfabrication Using Silicon Mold Inserts and Hot Embossing”, Seventh International Symposium on Micro Machine and Human Science, IEEE (1996) 4 Michael L. REED, “Micromechanical Devices for Intravascular Drug Delivery”, Journal of Pharmaceutical Sciences, V87, No.11, 1387, November, (1998) 5 AlessandroD’Amore, “Nano Injection Moulding”, Kunststoff plast Europe, 2000, vol. 90, pp15-17 6 劉 論 pp729-736(2004) 7 Larsson, O., Edlund, A., Demerest, W., “The TOOLVAC process cooling injection molds with CO2 gas”, Proc. ANTEC 1997, Society of Plastics Engineers, Toronto Canada, 1997, pp954-959. 8 Zen-Jei Weu, Yung-Yun Wang, ” Study of wetters in nickel electroforming of 3D mircostructure “, Material chemistry and physiscs, 63 (2000)235-239 9 論 10 2002 年 6 Liyong Yu, Chee Guan Koh, L. James Lee, ”Experimental investigation and Numerical simulation of injection molding 136 with micro-Features”, Polymer engineering and science 利 11 論 2003 年6 流 12 論 13 2003年6 Becker, H. and Heim, Ulf., “Hot Embossing as a Method for the Fabrication of Polymer High Aspect Ratio Structure, “ Sensors and Actuators A, Vol.83, pp.130(2000) 14 Yan, C., et al., “Injection Molding for Micro Structures Controlling Mold-Core Extrusion and Cavity Heat-Flux,” Micro System Technologies, Vol.9, pp.315(2001) 15 David Gill, Thomas Dow and Alex Sohn ,“ Precision Replication of Micro-Optics Through Injection Molding”ASPE Annual Meeting(2001) 量 16 行 論 冷 17 度 論 18 2001 年 6 2002 年 6 Madou, J. Fundamental of Microfabrication, CRC Press, Boca Raton, 1997 19 Michael R. Wang and Heng Su, Laser direct-write gray-level mask and one-step etching for diffractive microlens fabrication, Applied Optics , Vol. 37, No. 32 , 10 November, p7568-7576 (1998) 137 20 Prasciolu Mauro, Candeloro Patrizio, Kumar Rakesh, Businaro Luca, Di Fabrizio, Coioc Dan, Cabrini Stefano, Liberale Carlo and Deqiorqio Vittorio,“Fabrication of diffractive optical elements on-fiber for photonic applications by nanolitography,” Japanese Journal of Applied Physics, Part 1: Regular Papers and Short Notes and Review Papers, v 42, n 6 B, June, p 4177-4180(2003) 138 錄A 輪廓 Surface profiler Tencor 路 度 輪 廓量 Computer 80486 DX-33 with 4MB RAM 21MB H.D., and MS-DOS 6.2 O.S Monitor 14-in-color VGA video monitor Stylus 5µm Optics high resolution black and white Video camera with magnification range of 70-210X Resolution 13µm/1Å 300µm/25 Å Scan Length 10mm[ ] 20 2mm[ ] Scan Speed 2.5 10 50 Sample Rate 50 100 or 200 HZ 139 100 or 200µm/s 錄B mm 200*150*20 1 1-1 螺 *4 *2 2 3 3-1 螺 *4 S45C M10L100 150*28*60 S45C 150*90*13 P20 M10L25 4 150*90*13 S45C 4-1 Ø3*86 NAK80 4-2 *2 Ø2*98 4-3 *4 Ø2*100 *2 5 150*28*5 150*150*50 6 P20 6-1 *4 Ø16*73 6-2 螺*2 M6L36 NAK80 6-3 60*70*20 NAK80 7 150*150*25 P20 7-1 7-2-1 *4 螺 Ø16*25 4 7-2 1 7-3 2 *2 7-4 3 M4L25 60*70*10 60*70*10 140 200*150*20 8 200*150*5 8-1 8-2 9 10 S45C 螺 M10L40 Ø 60*20 S45C Ø 13*2 S45C 141 錄C FAUNC ROBOSHOT α-15ia Mechanical specification Item Clamp unit Injection unit Unit Data Clamping mechanism --- Double toggle Tonnage mm 150(15tonf) Maximun and minimum die height mm 260-130 Clamping stroke mm 160 Locating ring diameter mm ψ60 Tie bar spacing(H*V) mm 235*235 Platen size(H*V) mm 330*330 Minimum mold size(H*V) mm 135*135 Ejector stoke mm 50 Maximun ejector force KN Std.7(0.7tonf)/High-speed ejector option 4(0.4tonf) Screw diameter mm 16 18 injection stroke mm 56 56 3 Maximun injection volume cm 11 14 Maximun injection pressure Mpa 240 190 Maximun pack pressure Mpa 220 170 40 51 Maximun injection rate cm3/s Maximun injection rate mm/s 200 -1 Maximun screw rotation speed Min 450 Nozzle touch force KN 3(0.3tonf) Screw&Barrel Number of pyrometers Barrel 3 Nozzle 1 Total heater wattage Machine weght Kw t 142 2.8 3.1 1.2(Approximately) 錄D Delpet 80NH 料 Property Test Method Unit 80NH Specific gravity ASTM D 792 - 1.19 Shrinkage from mold dimensions Asahi Method cm/cm 0.0020.006 Melt Flow Rate ASTM D 1238 (230°C.3.8kg, CONDITION-I ) g/10min 5.5 Total luminous transmittance ASTM D 1003 % 93 Index of refraction ASTM D 542 - 1.49 Tensile Yield Strength ASTM D 638 MPa 73 Flexural strength ASTM D 790 MPa 118 Flexural modulus ASTM D 790 MPa 3300 Izod impact strength of notched specimens ASTM D 256 kJ/m2 1.6 Coefficient of linear thermal expansion 10-5.cm/cm. ASTM D 696 °C Vicat softening temperature ASTM D 1525 °C 6 120 Features Heat resistance, good flow ability, mold release. Application examples Optical purpose. Light-conducting plates. POPL - UL 94HB FDA - 143 錄E 量 力 量 1. 量 量 2. 量 量 3. 量 量 4. 量 量 5. 量 量 144 6. 量 7. 量 8. 9. 10. 量 量 量 量 量 量 量 量 145 11. 量 量 12. 量 量 13. 量 量 14. 量 量 15. 量 量 146 16. 量 量 17. 量 量 18. 量 19. 量 量 20. 量 量 量 147 21. 量 22. 量 量 量 量 量 量 量 量 量 148 量 量 量 量 量 量 量 量 量 量 149 量 量 150 66 年 09 28 歷 立 (82 年 87 年) 立 (87 年 89 年) 立 (91 年 93 年) 路222 5F 0916870343 E-Mail [email protected]
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