應用微射出成形於微扣件之製作 - 國立高雄應用科技大學

工 程 科 技 與 教 育 學 刊 第 八 卷 第 三 期民 國 一 ○○ 年 九 月 第 400~414 頁應 用 微 射 出 成 形 於 微 扣 件 之 製 作黃 姵 薰 、 黃 世 疇 *、 王 珉 玟國 立 高 雄 應 用 科 技 大 學 機 械 工 程 系*E-mail : shuang@cc.kuas.edu.tw摘 要本 文 主 要 是 研 究 以 射 出 成 形 的 方 式 製 作 微 小 扣 件 以 適 用 於 微 小 物 件 上 的 組 裝 。 首 先 設 計 一 個 微 扣 件 的外 觀 尺 寸 , 利 用 ANSYS 作 靜 態 分 析 , 探 討 不 同 拉 力 對 微 扣 件 所 產 生 的 影 響 。 接 著 利 用 Moldex3D 軟 體 分 析取 得 製 程 參 數 , 並 配 合 田 口 規 劃 法 得 到 最 佳 翹 曲 量 品 質 參 數 。 在 微 射 出 成 形 實 作 部 份 , 由 於 為 一 模 兩 穴 進行 射 出 , 因 此 為 了 兩 邊 都 能 最 佳 化 , 兩 邊 分 別 利 用 田 口 規 劃 法 分 析 得 到 最 佳 組 合 , 並 探 討 射 出 成 形 參 數 的交 互 作 用 之 影 響 。 射 出 成 形 的 微 模 仁 製 作 是 利 用 LIGA-Like 製 程 與 厚 膜 光 阻 來 完 成 , 再 以 微 電 鑄 翻 模 方 式 ,完 成 微 模 仁 。成 形 射 出 後 , 將 兩 個 微 扣 件 元 件 組 裝 , 並 用 拉 力 試 驗 機 給 予 拉 力 , 得 知 微 扣 件 最 多 可 承 受 1.7kgf (16.66N)的 拉 力 。關 鍵 詞 : 微 扣 件 、 微 射 出 成 形 、LIGA-Like 製 程1. 前 言自 古 以 來 , 人 們 對 於 微 小 世 界 充 滿 好 奇 。 由 於 微 小 世 界 中 物 體 本 身 體 積 很 小 , 它 們 所 能 包 容 的 空 間 又極 為 狹 窄 , 人 們 難 以 直 接 進 入 內 部 去 了 解 它 們 , 有 些 微 小 物 體 甚 至 用 肉 眼 無 法 觀 察 , 對 於 人 類 來 說 , 微 小世 界 與 宇 宙 、 銀 河 等 宏 偉 世 界 一 樣 , 是 那 麼 的 神 秘 莫 測 、 充 滿 誘 惑 。正 因 為 如 此 , 隨 著 現 代 科 技 產 業 的 進 步 , 各 行 各 業 幾 乎 都 追 求 著 微 小 化 , 包 括 電 子 、 生 醫 、 資 訊 、 材料 、 汽 車 、 生 化 、 通 訊 、 航 太 等 方 面 。 為 了 製 造 這 些 微 元 件 與 微 結 構 , 研 究 人 員 發 展 出 許 多 微 加 工 製 程 技術 , 微 型 製 程 技 術 成 為 二 十 一 世 紀 的 主 要 趨 勢 , 微 機 電 系 統 (Micro-electromechanical Systems,MEMS) 製程 技 術 因 運 而 生 , 但 此 製 程 時 間 過 於 冗 長 且 製 造 成 本 昂 貴 , 因 此 尋 求 發 展 快 速 且 符 合 經 濟 生 產 之 微 設 備 製造 系 統 是 當 前 重 要 的 課 題 。目 前 MEMS 的 研 究 領 域 大 致 可 分 為 三 類 , 即 微 致 動 器 、 微 感 測 器 以 及 微 結 構 製 造 技 術 。 雖 然 各 領 域 的發 展 皆 相 當 迅 速 , 但 由 於 半 導 體 製 程 技 術 只 能 利 用 堆 疊 的 方 式 製 作 出 三 維 的 結 構 , 因 此 在 設 計 時 往 往 會 受限 於 製 程 上 的 考 量 , 且 微 致 動 器 在 出 力 與 行 程 方 面 也 受 到 先 天 上 的 限 制 , 而 使 元 件 無 法 達 成 預 定 的 效 能 ,間 接 限 制 了 MEMS 元 件 的 應 用 空 間 。 因 此 組 合 的 方 式 也 愈 來 愈 重 要 , 通 常 依 照 目 的 的 差 異 有 不 同 的 方 法 ,有 焊 接 、 鉚 接 等 , 一 經 結 合 就 不 能 再 分 開 ; 在 活 動 接 合 中 , 若 利 用 螺 栓 、 螺 絲 、 螺 帽 以 及 扣 件 等 的 元 件 ,便 可 以 重 複 的 結 合 使 用 。近 年 來 微 射 出 成 形 技 術 正 趨 成 熟 , 精 微 模 具 所 生 產 出 的 成 形 品 已 經 具 有 體 積 小 、 成 本 低 廉 、 精 密 度 高等 諸 多 優 點 , 應 用 之 領 域 也 相 當 廣 泛 , 如 生 醫 產 品 與 器 材 、 電 腦 3C 產 品 等 。 運 用 射 出 成 形 之 快 速 、 低 成 本 、效 率 佳 與 精 密 度 高 的 製 造 方 法 , 將 逐 漸 取 代 微 機 電 系 統 成 為 快 速 生 產 之 利 器 。在 微 系 統 中 , 因 為 加 工 方 式 的 限 制 , 上 述 有 列 出 的 結 合 方 式 , 並 不 能 全 部 應 用 於 微 元 件 的 組 裝 上 , 其中 以 扣 件 最 常 應 用 於 元 件 的 結 合 。 除 了 結 構 較 簡 單 、 製 程 的 配 合 度 也 比 較 高 , 本 研 究 將 以 微 扣 件 為 主 軸 ,採 用 類 深 刻 模 造 (LIGA-Like) 的 製 程 技 術 , 結 合 SU-8 光 阻 及 犧 牲 層 技 術 製 作 微 扣 件 機 構 , 以 降 低 成 本 與©2007 National Kaohsiung University of Applied Sciences, ISSN 1813-3851

應 用 微 射 出 成 形 於 微 扣 件 之 製 作 401提 高 精 度 。 在 微 射 出 成 形 的 部 份 , 利 用 電 腦 輔 助 工 程 分 析 (Computer Aided Engineering,CAE) 模 擬 來 降 低研 發 及 試 作 生 產 之 成 本 , 加 上 微 電 鑄 之 方 式 來 製 造 嵌 入 式 微 模 仁 , 使 主 體 模 具 可 重 複 使 用 。 將 翻 鑄 後 殘 留於 電 鑄 模 仁 孔 隙 之 SU-8 光 阻 去 除 後 , 形 成 所 需 要 的 微 扣 件 模 仁 , 最 後 利 用 微 射 出 成 形 方 式 成 形 元 件 。 應 用在 高 分 子 材 料 之 微 元 件 具 有 降 低 MEMS 所 製 作 之 生 產 成 本 , 以 及 可 增 加 使 用 壽 命 等 優 點 。2. 微 扣 件 之 設 計 與 分 析本 文 所 設 計 的 微 小 扣 件 , 是 用 來 加 強 微 小 物 件 的 使 用 性 和 更 換 性 , 微 扣 件 的 尺 寸 大 小 依 本 實 驗 室 所 製作 的 微 夾 持 器 [1] 為 依 據 。 圖 1 為 微 扣 件 的 尺 寸 圖 , 圖 2 為 微 扣 件 組 合 的 示 意 圖 , 其 中 A 體 積 經 Pro/E 繪 圖軟 體 計 算 得 到 為 5.454mm3,B 體 積 為 2.295mm3。圖 1微 扣 件 尺 寸 圖 ( 單 位 :mm)圖 2微 扣 件 組 合 示 意 圖本 文 以 聚 甲 醛 樹 脂 (POM) 塑 膠 材 料 的 微 扣 件 作 為 分 析 模 型 , 透 過 有 限 元 素 分 析 軟 體 ANSYS 做 靜 態分 析 , 藉 由 分 析 觀 察 微 扣 件 相 扣 後 受 拉 力 時 , 會 產 生 多 少 的 位 移 量 、 最 大 應 變 及 最 大 應 力 。

402黃 姵 薰 、 黃 世 疇 、 王 珉 玟2.1 有 限 元 素 分 析利 用 ANSYS 進 行 有 限 元 素 分 析 有 下 列 步 驟 :(1) 建 立 有 限 元 素 模 型 , 採 一 體 成 形 分 析 , 如 圖 3 所 示 。圖 3微 扣 件 模 型(2) 材 料 設 定在 建 構 模 型 後 , 針 對 元 件 上 進 行 材 料 性 質 的 設 定 , 材 料 係 數 如 表 一 。材 料表 一 微 扣 件 材 料 係 數性 質楊 氏 係 數 E(MPa)蒲 松 比POM 1740 0.406(3) 選 用 適 當 元 素 類 型本 研 究 的 主 體 材 料 是 POM, 選 用 元 素 為 SOLID95[2], 它 是 3D 結 構 實 體 元 素 , 它 有 四 個 邊 , 也稱 為 四 邊 形 (quadrilateral) 結 構 元 素 。(4) 給 定 負 載 及 邊 界 條 件分 析 中 假 設 底 端 被 固 定 , 並 在 固 定 端 施 加 邊 界 條 件 UX=UY=UZ=0, 且 施 加 1N~17N 拉 力 於 扣 件頂 端 , 圖 4 為 邊 界 條 件 與 負 載 給 定 位 置 圖 。

應 用 微 射 出 成 形 於 微 扣 件 之 製 作 403圖 4施 加 於 微 扣 件 之 邊 界 條 件(5) 靜 態 分 析微 扣 件 元 件 組 合 時 , 固 定 底 部 , 施 加 拉 力 1N~17N 的 拉 力 , 經 過 有 限 元 素 分 析 後 , 可 以 得 知 結 構位 移 變 化 和 應 力 、 應 變 圖 , 如 圖 5、 及 圖 6 所 示 。 因 為 分 析 是 假 設 凸 件 的 末 端 施 於 一 個 拉 力 , 故 最 大的 應 力 應 變 發 生 在 端 點 , 圖 5 可 以 看 到 扣 件 端 點 的 位 移 隨 著 施 加 拉 力 的 增 加 而 產 生 最 大 的 應 變 。 從 圖6 得 知 , 這 兩 個 地 方 會 產 生 較 大 的 變 形 量 , 這 可 能 會 影 響 元 件 翹 曲 量 變 更 大 , 而 產 生 錯 位 , 使 得 微 扣件 緊 密 性 降 低 。 另 外 , 表 二 和 圖 7 為 施 加 拉 力 時 , 微 扣 件 所 產 生 的 變 化 , 發 現 隨 著 拉 力 的 增 加 結 構 位移 也 隨 之 變 大 。圖 5結 構 位 移 變 化 (17N)

404黃 姵 薰 、 黃 世 疇 、 王 珉 玟圖 6等 效 應 力 (17N)表 二拉 力 與 位 移 、 應 力 關 係施 加 拉 力 (N) 位 移 (mm) 等 效 應 力 (Pa)1 0.051 1.2x1083 0.154 3.4x1085 0.256 5.8x1087 0.358 8.1x1089 0.461 1.0x10911 0.563 1.3x10913 0.665 1.5x10915 0.768 1.7x10917 0.870 2.0x109位 移 量 (mm)10.90.80.70.60.50.40.30.20.100 2 4 6 8 10 12 14 16 18拉 力 (N)位 移圖 7拉 力 與 位 移 關 係 圖

應 用 微 射 出 成 形 於 微 扣 件 之 製 作 4052.2 模 流 分 析由 於 一 副 模 具 通 常 只 能 生 產 一 種 固 定 形 狀 的 產 品 , 而 製 造 模 具 成 本 很 高 , 因 此 事 前 的 模 擬 分 析 就 顯 得十 分 重 要 。 本 研 究 以 Moldex3D 模 流 分 析 軟 體 了 解 在 射 出 的 過 程 中 , 是 否 會 發 生 短 射 、 翹 曲 等 問 題 。(1) 模 流 分 析 流 程首 先 繪 出 微 扣 件 形 狀 建 構 出 幾 何 模 型 、 注 道 (Sprue)、 流 道 (Runner)、 澆 口 (Gate) 及 模 座 (Moldbase) 等 部 分 的 網 格 建 構 , 接 著 定 義 網 格 大 小 輸 入 網 格 檔 (Mesh), 最 後 匯 入 Moldex3D 模 流 分 析 軟 體 ,經 由 材 料 選 擇 及 設 定 成 形 參 數 後 進 行 分 析 。(2) 材 料 選 擇射 出 成 形 所 採 用 的 塑 膠 材 料 為 達 鋼 (Duracon) 之 聚 甲 醛 塑 酯 (Polyformaldehyde, 簡 稱 POM) 其型 號 為 M270[3]。POM 為 純 高 分 子 的 等 向 性 材 料 ,POM 對 塑 料 來 說 是 一 種 堅 韌 有 彈 性 的 材 料 , 耐 鹼性 佳 、 耐 藥 品 性 也 佳 , 即 使 在 低 溫 下 仍 有 很 好 的 抗 衝 擊 特 性 , 並 且 具 有 很 低 的 摩 擦 係 數 和 極 佳 的 幾 何穩 定 性 及 耐 高 溫 特 性 。(3) 澆 口 設 計在 微 模 具 中 澆 口 種 類 選 用 之 準 則 與 一 般 傳 統 射 出 模 具 選 用 之 不 同 為 必 須 考 慮 到 成 形 品 十 分 微小 , 導 致 模 具 加 工 時 可 能 遭 遇 困 難 度 。 由 於 扇 形 澆 口 (fan gate) 是 厚 度 逐 漸 變 大 的 寬 邊 澆 口 , 具 有 大充 填 面 積 , 可 以 讓 熔 膠 迅 速 地 充 填 塑 件 。 本 研 究 重 點 在 元 件 的 翹 曲 問 題 和 尺 寸 穩 定 性 , 使 用 扇 形 澆 口可 以 讓 塑 件 的 熔 膠 波 前 均 勻 地 充 填 模 穴 [4]。 經 由 田 口 設 計 [5] 得 到 的 最 佳 因 子 組 合 為 模 溫 70℃、 料 溫190℃、 射 出 速 度 200mm/s、 保 壓 壓 力 80%, 用 這 個 組 合 的 成 形 參 數 再 進 行 確 認 實 驗 的 模 流 分 析 , 得到 的 翹 曲 量 為 0.002384 mm~ -0.002277 mm 是 所 有 因 子 組 合 中 最 小 的 , 如 圖 8 所 示 。圖 8模 流 分 析 最 佳 因 子 組 合 所 得 之 翹 曲 量

406黃 姵 薰 、 黃 世 疇 、 王 珉 玟2.3 模 仁 製 作微 模 仁 設 計 完 成 後 , 將 利 用 厚 膜 光 阻 SU-8 作 為 結 構 材 料 來 製 作 微 扣 件 的 模 仁 。(1) 光 罩 設 計在 光 罩 圖 形 的 設 計 上 , 必 須 考 慮 製 程 所 使 用 到 的 光 阻 的 特 性 、 光 源 的 需 求 等 因 素 。 因 此 當 光 阻 選定 後 , 即 可 進 行 光 罩 的 設 計 , 利 AutoCAD 繪 圖 軟 體 繪 製 微 扣 件 模 仁 之 光 罩 圖 案 , 本 實 驗 的 光 罩 是 委製 民 曜 科 技 有 限 公 司 製 作 , 圖 9 及 圖 10 分 別 為 微 扣 件 模 仁 的 光 罩 圖 和 光 罩 局 部 放 大 與 尺 寸 圖 。圖 9 微 扣 件 模 仁 光 罩 圖 圖 10 光 罩 局 部 放 大 與 尺 寸 圖 ( 單 位 :mm)(2) 微 扣 件 模 仁 製 程 步 驟本 文 微 扣 件 是 以 SU-8 厚 膜 光 阻 作 為 結 構 翻 鑄 的 材 料 , 所 設 計 的 微 扣 件 結 構 厚 度 為 200µm, 為 了獲 得 較 佳 的 平 坦 度 , 文 中 採 取 兩 層 塗 佈 來 達 到 此 厚 度 為 製 程 的 參 數 。 圖 11 為 製 程 的 流 程 圖 。 配 合 製程 說 明 如 下 :晶 圓 先 以 丙 酮 清 洗 , 再 以 去 離 子 水 沖 洗 乾 淨 , 最 後 置 於 加 熱 板 烘 乾 冷 卻 。使 用 自 動 塗 佈 機 在 晶 圓 上 塗 佈 厚 度 100µm 之 SU-8 厚 膜 光 阻 , 軟 烤 部 分 使 用 自 動 加 熱 機 , 軟 烤 完 成 後靜 置 於 室 溫 一 段 時 間 。塗 佈 第 二 層 厚 度 100µm 的 SU-8 厚 膜 光 阻 , 軟 烤 完 成 後 仍 靜 置 冷 卻 到 室 溫 。使 用 雙 面 曝 光 機 (Double side) 進 行 曝 光 , 之 後 進 行 曝 後 烤 , 使 光 阻 完 全 鏈 結 , 再 進 行 顯 影 , 曝 光 方 式是 使 用 UV 光 源 接 觸 式 曝 光 方 式 。在 完 成 顯 影 後 的 晶 圓 上 , 使 用 金 屬 濺 鍍 機 濺 鍍 一 層 厚 度 約 30nm 的 鈦 (Ti) 及 300nm 的 白 金 ( 鉑 Pt) 作 為 導電 層 , 濺 鍍 過 程 加 熱 到 150℃ 以 增 加 鈦 與 晶 圓 上 光 阻 的 附 著 力 , 而 白 金 則 是 為 了 能 導 電 。將 SU-8 厚 膜 光 阻 所 製 之 微 結 構 利 用 電 鑄 翻 模 成 鎳 鈷 模 仁 。 微 扣 件 結 構 厚 度 為 200µm, 模 仁 厚 度 為550µm。將 電 鑄 翻 模 的 鎳 鈷 模 仁 取 下 , 去 除 殘 留 於 鎳 鈷 模 仁 內 之 SU-8 光 阻 , 以 RemoverPG 去 除 殘 餘 之 光 阻 。

應 用 微 射 出 成 形 於 微 扣 件 之 製 作 407晶 圓第 一 層 SU-8 光 阻第 二 層 SU-8 光 阻鈦 Ti白 金 Pt鎳 鈷步 驟 1步 驟 2步 驟 3步 驟 4步 驟 5步 驟 6圖 11微 扣 件 模 仁 製 作 流 程 圖微 扣 件 射 出 成 形 的 製 作 如 下 :3. 微 扣 件 射 出 製 作(1) 微 模 仁將 電 鑄 好 的 微 模 仁 進 行 線 切 割 裁 切 成 適 合 公 模 的 十 字 形 狀 , 圖 12 為 微 模 仁 切 割 尺 寸 圖 , 圖 13 為 切 割後 的 十 字 模 仁 圖 。

408黃 姵 薰 、 黃 世 疇 、 王 珉 玟單 位 :mm圖 12 微 模 仁 切 割 尺 寸 圖 圖 13 十 字 模 仁 圖(2) 實 驗 設 備本 實 驗 所 使 用 的 微 量 射 出 成 形 機 , 如 圖 14 所 示 , 為 奧 地 利 Battenfeld 公 司 產 品 , 型 號 為 Microsystem50[6]。圖 14微 量 射 出 成 形 機

應 用 微 射 出 成 形 於 微 扣 件 之 製 作 409(3) 實 驗 方 法首 先 , 將 十 字 模 仁 放 於 公 模 鑲 入 塊 上 , 利 用 兩 支 M2 螺 絲 先 固 定 模 仁 , 將 模 仁 精 準 對 位 後 , 再 鎖 緊 M2螺 絲 固 定 好 。 因 為 微 模 仁 經 電 鑄 後 會 因 內 應 力 的 關 係 , 產 生 翹 曲 的 關 係 , 所 以 組 裝 好 模 仁 後 , 利 用 固 定 側模 板 和 活 動 側 形 模 板 的 壓 合 鎖 模 , 可 將 翹 曲 的 模 仁 壓 平 貼 合 於 模 具 中 , 圖 15、 圖 16 分 別 為 公 模 、 母 模 圖 。圖 15公 模圖 16母 模完 成 以 上 模 具 安 裝 後 , 將 開 始 試 模 射 出 , 由 於 成 形 品 十 分 微 小 , 實 際 射 出 成 形 過 程 中 , 會 因 為 不 適 當的 成 形 參 數 設 定 造 成 短 射 、 毛 邊 及 翹 曲 等 不 同 的 缺 陷 產 生 , 如 圖 17 為 成 形 短 射 現 象 、 圖 18 為 毛 邊 現 象 。

410黃 姵 薰 、 黃 世 疇 、 王 珉 玟圖 17成 形 品 短 射圖 18成 形 品 毛 邊(4) 田 口 參 數 實 驗本 研 究 以 Moldex3D 模 擬 分 析 結 果 為 實 際 射 出 參 數 的 基 本 組 , 依 照 模 擬 之 參 數 進 行 實 驗 印 證 。 由 於 模 流分 析 射 出 速 度 為 100 mm/s、150 mm/s、200mm/s, 其 中 100 mm/s、150mm/s 實 際 射 出 時 皆 會 發 生 短 射 現 象 ,故 射 出 速 度 故 調 高 速 度 為 200 mm/s ~300 mm/s, 為 使 微 扣 件 元 件 置 於 平 台 上 時 能 互 相 緊 密 扣 合 , 因 此 規 劃所 要 探 討 的 品 質 目 標 為 降 低 微 扣 件 的 翹 曲 量 , 故 為 望 小 特 性 。表 三 為 微 射 出 田 口 實 驗 參 數 規 劃 表 。 在 進 行 田 口 參 數 實 驗 時 , 依 照 所 規 劃 的 水 準 表 與 L9 直 交 表 中 各 成形 參 數 水 準 之 組 合 , 確 認 射 出 機 成 形 參 數 設 定 。 本 實 驗 機 台 之 保 壓 是 以 保 壓 速 度 0 ~ 33 mm/s 進 行 保 壓 動 作 ,故 保 壓 參 數 依 照 保 壓 壓 力 分 析 之 設 定 在 此 選 定 11 mm/s、22 mm/s、33 mm/s 為 保 壓 成 形 參 數 。 為 確 保 射 出機 與 模 具 之 間 達 到 一 定 之 熱 平 衡 及 穩 定 狀 態 , 須 先 由 多 次 試 模 後 再 進 行 取 樣 。由 以 上 推 定 最 佳 因 子 組 合 和 交 互 作 用 因 子 組 合 , 凹 端 和 凸 端 兩 個 組 合 皆 為 相 同 , 為 顯 示 田 口 實 驗 分 析正 確 性 , 將 參 數 代 回 實 驗 驗 證 , 以 最 佳 交 互 作 用 A3B2C1D3 組 合 與 推 定 最 佳 因 子 組 合 A3B3C1D3 兩 組 因 子組 合 進 行 微 射 出 參 數 成 形 。 進 行 實 作 射 出 時 , 依 舊 先 試 模 多 次 再 進 行 取 樣 , 以 確 保 射 出 機 與 模 具 之 間 達 到一 定 之 熱 平 衡 及 穩 定 的 狀 況 , 才 能 得 到 最 佳 參 數 組 合 驗 證 實 驗 S/N 比 的 結 果 。經 白 光 干 涉 儀 量 測 扣 件 翹 曲 量 所 得 的 翹 曲 值 如 表 四 所 示 , 由 量 測 結 果 可 以 得 知 凹 端 部 分 的 交 互 作 用 最佳 化 組 合 所 得 翹 曲 量 與 L9 直 交 表 第 八 組 相 近 , 這 兩 個 部 分 由 推 定 最 佳 參 數 組 合 所 得 實 驗 結 果 翹 曲 量 最 小 ,

應 用 微 射 出 成 形 於 微 扣 件 之 製 作 411與 之 前 實 驗 翹 曲 量 結 果 比 較 , 推 定 最 佳 參 數 組 合 的 確 可 降 低 翹 曲 量 。 故 由 實 驗 可 得 知 田 口 實 驗 規 劃 法 最 佳因 子 組 合 是 可 以 降 低 翹 曲 量 。 圖 19 為 推 定 最 佳 參 數 組 合 A3B3C1D3 所 射 出 的 成 品 。表 三控 制 因 子 及 其 水 準 值控 制 因 子因 子 水 準A B C D模 具 溫 度 (℃) 塑 料 溫 度 (℃) 射 出 速 度 (mm/s) 保 壓 速 度 (mm/s)Level 1 70 180 200 11Level 2 80 190 250 22Level 3 90 200 300 33表 四翹 曲 量 實 驗 值最 佳 水 準 組 合交 互 A3B2C1D3( 模 溫 90℃、料 溫 190℃、射 速 200mm/s、保 壓 速 度 33mm/s)推 定 A3B3C1D3( 模 溫 90℃、料 溫 200℃、射 速 200mm/s、保 壓 速 度 33mm/s)翹 曲 量 (mm)凹 端凸 端1 2 3 1 2 30.0452 0.0448 0.0428 0.0462 0.0431 0.04510.0388 0.0401 0.0394 0.0397 0.0408 0.0393圖 19微 扣 件 射 出 成 品

412黃 姵 薰 、 黃 世 疇 、 王 珉 玟4. 微 扣 件 組 合 測 試(1) 拉 力 實 驗 設 備本 研 究 採 用 Algol 公 司 所 出 產 的 小 型 拉 力 試 驗 機 , 如 圖 20 所 示 。 量 測 範 圍 為 0~2kgf(19.6N), 由 於 拉 力試 驗 機 需 要 載 台 裝 置 , 故 設 計 一 組 壓 力 克 載 台 , 如 圖 21 所 示 , 放 置 拉 力 試 驗 機 和 微 扣 件 。(2) 實 驗 方 法由 於 微 扣 件 組 合 很 微 小 , 將 凹 端 的 扣 件 固 定 於 載 台 上 , 凸 端 的 扣 件 黏 上 一 條 0.2mm 的 細 線 , 使 用 的 黏劑 重 量 , 在 拉 力 實 驗 上 忽 略 不 計 。 與 拉 力 試 驗 機 的 連 接 線 , 需 平 行 於 平 面 上 , 所 以 連 接 線 的 筆 直 性 很 重 要 。圖 22 為 整 個 實 驗 的 架 構 , 每 次 作 拉 力 試 驗 前 , 需 先 確 認 連 接 線 是 否 平 行 於 載 台 上 。 拉 力 實 驗 從 0.1kgf(0.98N)開 始 實 驗 起 , 接 下 來 0.2kgf(1.96N)、0.3kgf(2.94N)、0.4kgf(3.92N), 一 直 到 2.0kgf(19.6N), 每 個 力 量 實 驗 五次 以 上 , 以 確 保 實 驗 的 準 確 性 , 觀 察 其 微 扣 件 的 變 化 , 圖 23 為 實 驗 操 作 示 意 圖 。(3) 實 驗 結 果經 由 拉 力 實 驗 的 操 作 , 發 現 當 拉 力 為 1.7kgf(16.66N) 時 , 可 以 完 全 承 受 拉 力 , 但 當 拉 力 為 1.8kgf(17.64N)時 , 並 非 每 次 實 驗 都 成 功 抗 拉 , 微 扣 件 的 兩 個 元 件 會 產 生 錯 位 的 現 象 , 使 得 微 扣 件 不 再 那 麼 緊 密 扣 接 , 將影 響 其 扣 件 的 拉 力 強 度 。 造 成 錯 位 的 可 能 , 除 了 拉 力 過 大 之 後 , 也 有 可 能 是 微 扣 件 翹 曲 量 所 造 成 的 結 果 。圖 20拉 力 實 驗 機圖 21實 驗 載 台

應 用 微 射 出 成 形 於 微 扣 件 之 製 作 413圖 22實 驗 架 構載台施 力F = 0.1kgf~2.0kgf固定端圖 23實 驗 操 作 示 意 圖5. 結 論本 研 究 利 用 ANSYS 有 限 元 素 分 析 軟 體 進 行 微 扣 件 結 構 強 度 分 析 , 得 知 等 效 應 力 、 應 變 及 最 大 位 移 量 ,分 析 結 構 在 承 受 1N~17N 的 拉 力 狀 況 下 所 發 生 的 位 移 和 應 力 關 係 。 而 在 微 扣 件 射 出 成 形 部 分 是 先 行 利 用Moldex3D 模 流 分 析 軟 體 , 評 估 模 具 設 計 的 可 行 性 , 使 用 翹 曲 量 為 品 質 特 性 , 探 討 射 出 速 度 、 保 壓 壓 力 、 塑料 溫 度 、 模 具 溫 度 等 參 數 對 微 扣 件 成 形 品 質 之 影 響 , 得 到 初 步 最 佳 成 形 參 數 條 件 。 微 影 製 程 部 分 , 利 用LIGA-like 製 造 技 術 配 合 厚 膜 光 阻 SU-8 製 作 微 扣 件 光 阻 結 構 , 結 合 微 電 鑄 成 形 技 術 翻 鑄 微 模 仁 , 得 到 所 需

414黃 姵 薰 、 黃 世 疇 、 王 珉 玟之 模 仁 外 型 。 微 射 出 成 形 實 作 部 分 , 與 模 流 分 析 比 較 結 果 可 發 現 模 流 分 析 在 預 測 影 響 翹 曲 量 與 實 際 射 出 的因 子 不 同 , 可 能 的 原 因 為 模 流 軟 體 受 到 尺 寸 微 小 效 應 的 影 響 , 對 於 微 小 產 品 的 模 擬 效 果 較 不 佳 , 但 在 充 填模 擬 部 分 , 卻 可 得 到 一 個 參 數 預 測 , 因 此 模 流 分 析 依 然 可 作 先 前 基 本 成 形 參 數 組 的 預 測 分 析 , 以 減 少 實 際射 出 時 尋 找 參 數 浪 費 的 時 間 和 成 本 。 在 實 際 射 出 時 , 配 合 模 擬 分 析 參 數 與 模 擬 參 數 定 義 田 口 實 驗 參 數 , 依照 欲 降 低 的 翹 曲 量 為 品 質 特 性 , 進 行 實 作 , 並 找 出 影 響 翹 曲 主 要 因 子 , 並 進 行 最 佳 化 分 析 計 算 各 因 子 間 的交 互 作 用 影 響 , 以 得 到 最 佳 成 形 的 條 件 。 最 後 經 由 拉 力 試 驗 , 得 知 微 扣 件 最 大 可 承 受 1.7kgf(16.66N) 的 拉 力 ,符 合 現 今 微 小 物 件 承 受 拉 力 的 需 求 。參 考 文 獻[1] 謝 秋 帆 ,2009, 細 胞 夾 持 撓 性 機 構 之 設 計 與 製 作 , 國 立 高 雄 應 用 科 技 大 學 機 械 與 精 密 工 程 研 究 所 , 碩 士 論 文 。[2] H. Benabdallah, D. Olender, 2006, “Finite Element Simulation of The Wear of Polyoxymethylene in pin-on-discConfiguration”, Wear, Vol. 261, pp. 1213-1224.[3] Moldflow 內 建 資 料 庫 ,2003,4.1 版 。[4] 黃 俊 欽 ,2010, 塑 膠 射 出 模 具 設 計 與 分 析 , 國 立 高 雄 應 用 科 技 大 學 模 具 工 程 系 , 課 程 講 義 。[5] 周 志 宏 , 陳 信 宏 ,2006, 品 質 工 程 講 義 , 國 立 高 雄 應 用 科 技 大 學 機 械 與 精 密 工 程 研 究 所 , 課 程 講 義 。[6] Gregor Goel, 2001, MICROSYSTEM 50(CD), Battenfeld.