TWI673498B - 顯微加工頭之結構 - Google Patents

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本發明為一種顯微加工頭之結構，其包含一壓針、一壓針座、複數懸 吊單元與一接合單元，藉由接合單元與壓針座之間設有複數懸吊單元作連接，因而讓壓針座所連接之壓針具平衡性，當探針下壓接觸工件後，探針因偏折所造成針尖的方位偏轉所導致之加工位置偏移與加工寬度變化的問題。

Description

顯微加工頭之結構
本發明係關於一種加工裝置，特別是一種顯微加工頭之結構。
隨著科技的日新月異，各種微加工以及製程技術的迅速發展，使得各種高科技元件均朝著精密化、微小化的趨勢發展，這些微小元件的應用非常的廣泛，舉凡軍事、工業、醫療、光電通訊、生物科技以及日常生活中，都有其應用的例子，例如手機、印表機的噴墨裝置、生物晶片、各種光通訊元件等。由於人類對於微小化材料的殷切需求，已由原來的微米(micrometer，10-6m)範圍進入了奈米(nanometer，10-9m)範圍的時代。
然而，奈米技術不只是縮減物體的尺寸，製造出極小的零件而已，一旦物質尺寸小到100奈米以內時，常會產生新的特性與現象。由於奈米結構材料有許多物理化學性質，會隨著粒徑大小不同而發生變化，此一現象與巨觀行為有所差異，無法以傳統的物理方法來進行研究，因此，了解奈米級微小結構材料其物理性質及特性現象是首要的課題。
利用原子力顯微鏡來進行表面加工(亦稱為原子力微影顯微技術)，是目前新興的奈米級加工技術，可以達到的線寬約在5-10nm。除了具有很高之解析度外，其對於環境的要求很低，只要在大氣中就能完成，操作極為便利。相較於其他奈米微影，如電子束微影及X光微影，此項技術之成本更為低廉。其用途包括奈米電子元件、高密度資料儲存及奈米加工等應用。
現今原子力顯微加工的加工針頭，為傳統原子力顯微鏡的掃描探針結構，也就是探針整體為尖端、支撐樑及接合部，探針懸臂連接至接合部，以進行原子力顯微加工製程。然而，探針於尖端與支撐樑的結構為單臂連接，因而導致探針尖端較易施力不當而產生探針偏轉。
綜上所述，本發明就上述之技術缺點提出一種顯微加工頭之結構，其藉由複數懸吊單元提供壓針座平衡而讓壓針平衡，所以壓針較不易形成偏轉，而有效提升加工效率。
本發明之一目的，在於提供一種顯微加工頭之結構，其在提供複數懸吊單元連接壓針座，以平衡壓針座所連接之壓針，以在探針下壓接觸工件後，探針可克服因偏折所造成針尖的方位偏轉所導致之加工位置偏移與加工寬度變化的問題。
本發明之一目的，在於提供一種顯微加工頭之結構，其在提供探針在加工時不易偏轉，且可在垂直方向上下移動作調整。
針對上述之目的，本發明提供一種顯微加工頭之結構，其包含一壓針、一壓針座、複數懸吊單元與一接合單元，壓針座設置於該壓針之上並連接，懸吊單元設置於該壓針座之上，且懸吊單元連接於該壓針座之二側；以及接合單元設置於該些懸吊單元之上並連接該些懸吊單元，該接合單元固定於一顯微機台上。本發明藉由壓針座之二側之懸吊單元，使壓針呈現平衡，且顯微機台可透過本創作之結構垂直移動壓針，以作加工上的調整。
本發明提供一實施例，其在於其中該顯微機台包含一掃描單元、一發光單元、一接收單元、一控制單元與一驅動單元；掃描單元對應設置 於該壓針與該壓針座之下，感測該壓針之施力，以產生一感測訊號；發光單元對應設置於該壓針座之上，並發光至該壓針座，以產生一反射光；接收單元接收該反射光，並產生一光訊號；控制單元電性連接該接收單元與該掃描單元，並依據該感測訊號與該光訊號，產生一控制訊號；以及驅動單元電性連接該控制單元，該驅動單元依據該控制訊號移動該掃描單元。
本發明提供一實施例，其在於其中該壓針座具有一光照射區，該發光單元發光照射於該光照射區，使該光照射區產生該反射光至該接收單元。
本發明提供一實施例，其在於其中該接收單元所產生之該光訊號對應於該壓針之一偏移量。
本發明提供一實施例，其在於其中該發光單元為一低功率雷射。
本發明提供一實施例，其在於其中該掃描單元為一壓電陶瓷掃描單元。
本發明提供一實施例，其在於其中該壓針座具有一容置空間，該壓針嵌設於該容置空間。
本發明提供一實施例，其在於其中該些懸吊單元係具有彈性材質。
本發明提供一實施例，其在於該顯微加工頭之結構更包含一供電單元，其係電性連接至該壓針並供電。
綜上所述，本發明所提供之一種顯微加工頭之結構，其提供複數懸吊單元連接壓針座，以讓壓針座所連接之壓針較為平衡，較為不易產生偏轉。
10‧‧‧顯微加工頭之結構
12‧‧‧壓針
14‧‧‧壓針座
144‧‧‧光照射區
16‧‧‧懸吊單元
18‧‧‧接合單元
182‧‧‧接合孔
20‧‧‧顯微機台
202‧‧‧懸臂單元
22‧‧‧掃描單元
24‧‧‧發光單元
242‧‧‧反射鏡
26‧‧‧接收單元
28‧‧‧控制單元
30‧‧‧驅動單元
32‧‧‧供電單元
40‧‧‧工件
LR‧‧‧反射光
SL‧‧‧光訊號
SS‧‧‧感測訊號
Sctr‧‧‧控制訊號
圖一：其為本發明之一實施例之加工裝置之結構示意圖；圖二：其為本發明之一實施例之顯微機台之結構示意圖；以及圖三：其為本發明之一實施例之偏移量示意圖。
為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：在下文中，將藉由圖式來說明本發明之各種實施例來詳細描述本發明。然而本發明之概念可能以許多不同型式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例式性實施例。
首先，請參閱第一圖，其為本發明之一實施例之加工裝置之結構示意圖。如圖所示，本發明為一種顯微加工頭之結構10，其包含一壓針12、一壓針座14、複數懸吊單元16與一接合單元18。壓針座14設置於該壓針12之上；該些懸吊單元16設置於該壓針座14之上，並連接於該壓針座14之二側；接合單元18，設置於該些懸吊單元16之上並連接該些懸吊單元16，該接合單元18為藉由接合孔182固定於一顯微機台20(如第二圖所示)上。
此外，其中該壓針座14具有一光照射區144，其用於受光照射而產生一反射光LR(如第二圖所示)。該些懸吊單元16係具有彈性材質，以讓壓針12及壓針座14可藉由懸吊單元16之彈性復歸。
如第二圖所示，顯微機台20包含一掃描單元22、一發光單元24、一接收單元26、一控制單元28與一驅動單元30。掃描單元22對應設置於該壓針12與該壓針座14之下，感測該壓針12之施力，以產生一感測訊號SS；發光單元24對應設置於該壓針座14之上，該發光單元24發光照射於該壓針座14之該光照射區144，使該光照射區144產生該反射光LR至該接收單元26， 本實施例中，較佳地，更進一步設置一反射鏡242，以將反射光LR反射至接收單元26。該接收單元26所產生之該光訊號SL對應於該壓針12之一偏移量D(如第三圖所示)；接收單元26接收該反射光LR，並產生一光訊號SL；控制單元28電性連接該接收單元26與該掃描單元22，以依據該感測訊號SS與該光訊號SL，產生一控制訊號Sctr。
承接上述，驅動單元30電性連接該控制單元28，該驅動單元30依據該控制訊號Sctr驅動該掃描單元22移動，其中，控制單元28在依據光訊號SL與感測訊號Ss判斷壓針12之偏移量D過大，即藉由控制訊號Sctr驅使驅動單元30調整掃描單元22之位置，抑或另控制懸臂單元202調整壓針座14之高度。此外，顯微機台20更包含一供電單元32與一懸臂單元202，供電單元32係電性連接至該壓針12與一工件40，且供電單元32供電至該壓針12與該工件40，並依據工序而供給對應之電極性(如正電極與負電極)，而懸臂單元202係連接該接合單元18，發光單元24係位於懸臂單元202之一側。
以上所述之實施例，本發明之結構，其為應用於顯微加工技術，壓針及壓針座經複數懸吊單元連接壓針座，因而具有較平衡之操作性，克服一般顯微加工機台應用於奈米加工的缺點，亦即當探針下壓接觸工件後，探針因偏折所造成針尖的方位偏轉所導致之加工位置偏移與加工寬度變化的問題，此結構可讓探針在加工時不易偏轉，探針可在垂直方向上下移動作調整。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

Claims (8)

  1. 一種顯微加工頭之結構，其包含：一壓針；一壓針座，設置於該壓針之上；複數懸吊單元，設置於該壓針座之上，並連接於該壓針座之二側；以及一接合單元，設置於該些懸吊單元之上並連接該些懸吊單元；其中，該接合單元係連接至一顯微機台之一懸臂單元，該顯微機台更包含：一掃描單元，其對應設置於該壓針與該壓針座之下，感測該壓針之施力，以產生一感測訊號；一發光單元，其對應設置於該壓針座之上並位於該懸臂單元之一側，該發光單元發光至該壓針座，以產生一反射光；一接收單元，接收該反射光，並產生一光訊號；一控制單元，電性連接該接收單元與該掃描單元，依據該感測訊號與該光訊號，產生一控制訊號；以及一驅動單元，電性連接該控制單元，該驅動單元依據該控制訊號移動該掃描單元。
  2. 如申請專利範圍第1項之結構，其中該壓針座具有一光照射區，該發光單元發光照射於該光照射區，使該光照射區產生該反射光至該接收單元。
  3. 如申請專利範圍第1項之結構，其中該接收單元所產生之該光訊號對應於該壓針之一偏移量。
  4. 如申請專利範圍第1項之結構，其中該發光單元為一低功率雷射。
  5. 如申請專利範圍第1項之結構，其中該掃描單元為一壓電陶瓷掃描單元。
  6. 如申請專利範圍第1項之結構，其中該壓針座具有一容置空間，該壓針嵌設於該容置空間。
  7. 如申請專利範圍第1項之結構，其中該些懸吊單元係具有彈性材質。
  8. 如申請專利範圍第1項之結構，更包含一供電單元，其電性連接至該壓針並供電。
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