CN1526636A - 微结构模仁制作技术 - Google Patents

Abstract

一种微结构模仁制作技术可应用在塑胶或金属具微结构产品的复制成型，包括一模具架构；至少一具有微细结构或复制图案的模仁组件，设置于该模具内，该模仁组件包括一具有微细结构图案的金属薄片接合在一模仁本体上。将微结构以黄光微影制作工艺经电铸转移至金属薄板，再将金属薄板与模仁接合，可运用于大量复制性生产。通过黄光制作工艺更可以在一片转印模版上制作出复杂微图案或多模结构，在一模多穴的实际生产效能更是大幅提升。本制作方式相容于现存以机械加工开模的成型机。大幅提升其微结构的成型制作能力及经济效益，为日益要求细致更精密的成型工件结构，提供最简便的制造方式，让现存机具与未来技术做最好衔接。

Description

微结构模仁制作技术

技术领域

本发明涉及具有微结构或复制图案的模仁制作技术及其模具结构，尤指一种具高良率、高生产效率、低成本的微结构模仁制作技术及其模具结构。本发明的优点在于可以大幅减少模仁加工时间、费用，并克服机械精密加工尺寸精度的极限。本发明将微结构以黄光微影制作工艺经电铸转移至金属薄板，再将金属薄板与模仁接合，可运用于大量复制性生产，例如具有微结构的光碟片或生物晶片等等。此外，透过黄光制作工艺更可以在一片转印模版(stamper)上制作出复杂微图案(micro-pattern)或多模结构，在一模多穴的实际生产效能更是大幅提升。

背景技术

一般大量复制性生产中若要能延伸或改变功能以生产新产品，皆需要开发新模具。在开发、设计新模具的过程中，不管是时间或是费用上均会造成一定程度的浪费。而传统成型技术是将所要的成品形状以机械方式(CNC、FMS、雕模机等)加工于模具、模仁上。但近年来产品逐渐走向微小化，传统机械加工已无法加工微米等级以下的微细结构。为因应未来产品微小化的潮流以及将既有量产型复制机台作更有效利用，并且避免将时间与金钱浪费于重新开发模具。

发明内容

鉴于此，申请人根据此传统机械加工所无法克服的缺点及依据多年从事制造该类产品的相关经验，悉心观察且研究，而提出可以具有微结构模仁的制作技术的本发明，以降低生产成本，并增加产能以及良率。本发明以既有的复制型机台模具，利用金属接着技术将具有细微图案的金属薄板与模仁结合。通过本发明可节省开发模具的时间以及成本，并可达到制造微结构产品的目的。

本发明的目的，在于解决既有复制型机台量产微结构产品时所遇到的瓶颈。传统大量生产方法受限于模仁精密加工尺寸、精度，一般微结构产品尺寸大约在微米等级，要以机械加工(CNC、FMS、雕模机等)模仁产出具微结构产品相当困难，主要是因为机械加工容许误差范围就相当于微结构产品尺寸范围。因此结合黄光微影技术经电铸将微结构图案转移至金属薄板，再将金属薄板与模仁以金属接着技术结合，即可完成模仁制作。最后将模仁置于模穴中即可大量复制出所要的成品。尤其一模多穴的作法更可以显现出本发明的优越性。

本发明舍弃一般传统机械加工而改采用转印模版固接(StamperMounting)模仁的方式，确实可将微结构图形转移到模具产出成品。

本发明可广泛应用于目前具复杂微结构的产品，如导光板、微镜阵列结构(micro-lens array)、生物晶片等。配合微影技术，未来更可将应用范围扩大于生产纳米级产品。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

图1为本发明金属接着技术的剖面示意图。

图2为本发明以磁力吸附避免微结构损坏的示意图。

图3为本发明以机械压板固定以避免微结构损坏的示意图。

图4为本发明一模多穴应用的示意图。

图5为本发明上下模模具合模的示意图。

图6显示本发明另一较佳实施例的侧视图。

具体实施方式

请参阅图1，图1为本发明金属接着技术的剖面示意图。在模仁制作的过程中，最重要的是需考虑到未来产品成型的影响以及接着效果，以免影响了成品微结构的品质。所以必须加压以维持模仁表面的平整度。然而，一般的加压方式易损伤金属薄板表面微结构。如图1所示，在本发明中所使用的金属接着技术是先将金属薄板10，例如镍板，以及模仁12表面电镀铜金属层14，接着在两铜金属层14间填上铟(In)或铟合金的中间接合层16，加热至200℃～400℃、加压至300～400kg/cm²(以磁力、机械力等形式)将两金属层14粘着固接。上述接合法仅为本发明的一较佳实施例，该行业者可参酌本发明而可采用其它等同的接合法，达到与本发明的相同目的，例如以超强胶粘合、以机械方式锁接，本发明并不限定金属薄板10以及模仁12的接合法。金属接合的接合力强，因此一般建议使用此方法。此外，亦可以用加热方式将中间接合层16热融后，将金属薄板10以及模仁12分离，达到再利用的目的。

请参阅图2及图3，其中图2为本发明以磁力吸附避免微结构损坏的示意图，图3为本发明以机械压板固定以避免微结构损坏的示意图。为避免将微结构破坏，本发明采用以下设计：

1.在金属模仁22下方放置磁铁24，或其它磁力源，将最上层金属薄板20吸住。使金属薄板20固定在正确位置，如图2所示。金属模仁22固定于一模具28的模穴29中。金属薄板20与模仁22之间为一铟金属层26。

2.以机械方式固定。如图3所示，金属模仁22固定于一模具28的模穴29中。金属薄板20与模仁22之间为一铟金属层26。以机械压板30在转印膜板20表面具有微结构以外的区域，例如周边区域，施加压力。

铟、铟合金对于金属的接着效果好，同时热传导性质佳，将各种金属薄板粘着于模仁之后并不会因为复制性机台的往复作用而造成脱落或者位移。

本发明是结合微机电技术与金属接着技术，改变一般成型模具、模仁的制作方式，并可生产出具微米、纳米结构产品。不同于公知以机械加工于模仁方式，而是经微影制作工艺后经电铸具有微结构的金属薄板利用金属接着方式固定于模仁上，最后使用射出机、热压机、压铸机等各种复制型成形机器大量生产。本发明不仅可以排除机械加工极限，同时制作方式简单，在不改变现有模具架构下即可以生产具微结构的产品，并可制作复杂性高的微结构成品，利用本发明可成功将各种具微结构产品产出，例如导光板(LGP)、micro-lens array等，并可达到高转写率、高自动化的生产制作工艺。其应用领域将包括金属结构的成型模具，应用本模仁制造技术的方法，皆可产生微结构模仁，尤以应用在工业用复制性生产技术下，需微结构模仁的模具，应用本模仁制造技术的方法，除可产生微结构模仁，更可因具置换式模仁功能，而发展多元化的产品。

请参阅图4，图4为本发明一模多穴应用的示意图。本发明利用金属薄板粘着于模仁的技术，可应用在一模多穴的作法更可以显现出本发明的优越性。如图4所示，复制性机台40，例如射出机、热压机、压铸机等，包括一上模42、一下模44，以及多个与具有相同或不同微结构金属薄板(或称为转印模版stamper)固接的模仁46分别置于相对应的模穴49内。以塑胶射出成型为例，塑胶经热挤压由上模42塑胶射出口(未显示)射出，经由流道48分别流至模穴49，再经由下模46内的冷却系统(未显示)冷却成型。需强调的是，本发明并不仅仅限于应用在塑胶射出成型领域，金属成型，例如镁合金成型，或其它可以融熔态转印压制而需有微结构于其上的复制性产品皆为本发明的应用范畴。

请参阅图5，图5为本发明上下模模具合模的示意图。如图5所示，业界一般使用的模具50是以直立式为主，上模52在使用时会与下模54紧密结合，而与转印模版结合的模仁56及容置于上模52所提供的模穴59中。塑胶经热挤压经由箭头所示方向由上模52的射出口注入模穴59中。此外，依据本发明的另一较佳实施例，上模亦可以设置相对应的模仁，其上亦接合有具有微结构的转印模版，如此即可制作两面皆具有微细结构的复制性产品，例如双面微结构CD或者据有微通道的生物晶片。

请参阅图6，图6显示本发明另一较佳实施例的侧视图。本发明亦可使用单一片转印模版60，其上有多个微结构图案区61，使转印模版60直接以上述金属接合方式与下模64通过接合层63接合，而不使用模仁。塑胶可经由设置于上模62下端面的流道66流至相对应的模穴67中。

综上所述，本发明的好处为可大幅节省模具开发时间与费用。若生产新产品，只需将模穴中的模仁置换即可。也就是说不需要大幅度变更模具设计，只要将模仁取出。另外置入具有与新图形薄板接着的模仁，就可以产出不同的产品。如此一来，不但可以延长模具以及复制性机台的寿命，更可以节省许多开发成本及时间。以上种种优点皆为传统机械加工所无法达成，均显示本发明已完全符合专利法所规定的产业利用性、新颖性及进步性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种微结构模仁制作技术，可应用在塑胶或金属具微结构产品的复制成型，包括：

一模具结构；以及

一具有微细结构或复制图案的模仁组件，设置于模具内，该模仁组件包括一具有微细结构或复制图案的金属薄片，该金属薄片接合在一模仁本体上。

2.如权利要求1所述的微结构模仁制作技术，其中该模具有至少一模穴相对应于该具有微细结构或复制图案的模仁组件。

3.如权利要求1所述的微结构模仁制作技术，其中该具有微细结构图案的金属薄片是以接合方式接合在该模仁本体上。

4.如权利要求3所述的微结构模仁制作技术，其中该金属接合方式是先以金属分别镀于该金属薄片以及该模仁本体表面或作表面处理，随后以一接合层辅以热压将该金属薄片以及该模仁本体接合。

5.如权利要求4所述的微结构模仁制作技术，其中该接合层为铟、铟合金或接合性好的金属、合金以及结合胶。

6.如权利要求1所述的微结构模仁制作技术，其中该微细结构图案的尺寸可以至纳米等级。

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