TWI694879B - 模仁的製造方法 - Google Patents

Abstract

一種模仁的製造方法，包含下述步驟：提供一基板；透過一超音波振動的刀具切削該基板，以在該基板上形成一微模槽；形成一模仁於該基板及該微模槽上，使該模仁具有一嵌設於該微模槽內並與其形狀互補的微凸結構；及分離該模仁與該基板。藉由超音波振動的刀具切削基板，能快速地在基板上切削形成微模槽，使切削後的基板能夠直接作為一用以成型模仁的母模使用。藉此，能簡化製程步驟並能大幅降低模仁的製造成本。

Description

模仁的製造方法

本發明是有關於一種模仁的製造方法，特別是指一種具有微結構的模仁的製造方法。

現有具有微結構的模仁的製造方法是先在基板上以曝光顯影方式形成微結構，隨後，沉積導電金屬層於前述基板及微結構上。接著，利用電鑄方式於導電金屬層上形成模仁，最後將模仁與導電金屬層分離後，模仁便具有所需的微結構。

然而，前述曝光顯影方式需要使用昂貴的光罩及顯影機台，導致模仁的製造成本高，且整個製程的步驟繁多。此外，若模仁的微結構需要有不同的厚度變化時，在曝光顯影過程中就需使用多個光罩，才能使模仁的微結構具有不同的厚度變化，如此，製造成本及困難度皆會相對提高。

因此，本發明之一目的，即在提供一種能夠克服先前技術的至少一個缺點的模仁的製造方法。

於是，本發明模仁的製造方法，包含下述步驟：

提供一基板；

透過一超音波振動的刀具切削該基板，以在該基板上形成一微模槽；

形成一模仁於該基板及該微模槽上，使該模仁具有一嵌設於該微模槽內並與其形狀互補的微凸結構；及

分離該模仁與該基板。

於是，本發明模仁的製造方法，包含下述步驟：

提供一基板；

透過一超音波振動的刀具切削該基板，以在該基板上形成一微模槽，該微模槽具有一淺槽道段，及一與該淺槽道段一端連通的深槽道段，該深槽道段深度較該淺槽道段深；

形成一模仁於該基板及該微模槽上，使該模仁具有一嵌設於該微模槽內並與其形狀互補的微凸結構，該微凸結構具有一位於該深槽道段內的第一凸部，及一位於該深槽道段內的第二凸部，該第二凸部高度大於該第一凸部高度；及

分離該模仁與該基板。

於是，本發明模仁的製造方法，包含下述步驟：

提供一基板；及

透過一超音波振動的刀具切削該基板，以形成一具有一微凸結構的模仁。

於是，本發明模仁的製造方法，包含下述步驟：

提供一基板；

透過一由CNC工具機所帶動的超音波振動刀具切削該基板，而在切削過程中帶動該刀具上下往復振動，以在該基板上形成一槽道；

形成一模仁於該基板及該槽道上，使該模仁具有一嵌設於該槽道內並與其形狀互補的微凸結構；及

分離該模仁與該基板。

於是，本發明模仁的製造方法，包含下述步驟：

提供一基板；

透過一由CNC工具機所帶動的超音波振動刀具切削該基板，而在切削過程中帶動該刀具上下往復振動，以在該基板上形成一具有一第一深度的微模槽；

透過該刀具切削該基板，而在切削過程中帶動該刀具上下往復振動，以在該基板上形成一具有一第二深度的微模槽，且該第二深度不同於該第一深度；

形成一模仁於該基板及該等微模槽上，使該模仁具有一嵌設於該等微模槽內並與其形狀互補而具有高度變化的微凸結構；及

分離該模仁與該基板。

本發明之功效在於：藉由超音波振動的刀具切削基板，能快速地在基板上切削形成微模槽，且切削後的基板能夠直接作為一用以成型模仁的母模使用。藉此，能簡化製程步驟並能大幅降低模仁的製造成本。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，圖1是本發明模仁的製造方法的第一實施例的一步驟流程圖，該方法包含下述步驟:提供基板步驟S1、切削基板步驟S2、形成模仁步驟S3，及分離步驟S4。

參閱圖1及圖2，在提供基板步驟S1中，提供一基板1並將其固定在CNC(Computer Numerical Control,電腦化數值控制)工具機的一治具(圖未示)上。基板1是由例如鈦或銀等導電金屬材質所製成的一導電金屬基板。本第一實施例的基板1是以高硬度的鈦金屬所製成並具有一表面11，表面11為一待加工面。

參閱圖2、圖3及圖4，在切削基板步驟S2中，是透過一超音波振動的刀具21切削基板1的表面11。刀具21是以一仿形銑刀為例並具有一切削段211，及一位於切削段211頂端的連接段212。刀具21的連接段212安裝於一超音波刀把22，超音波刀把22安裝在CNC工具機的一主軸(圖未示)上並能被其帶動而沿一X方向、一Y方向及一Z方向移動，且超音波刀把22能被主軸帶動而繞Z方向轉動。超音波刀把22還能夠被一驅動器(圖未示)驅動而沿Z方向上下振動。

CNC工具機藉由主軸帶動超音波刀把22及刀具21沿著一預設切削路徑移動，且同時帶動超音波刀把22及刀具21繞Z方向高速轉動，使得刀具21的切削段211能經由表面11切削基板1。同時，驅動器驅動超音波刀把22帶動刀具21沿Z方向上下往復振動，驅動器驅動前述構件振動所採用的超音波頻率為20~30KHz中任一數值的10~15%。在本第一實施例中所採用的超音波頻率為26KHz的10~15%，也就是介於1KHz~3.9KHz之間的範圍。

當CNC工具機的主軸帶動超音波刀把22及刀具21沿著預設切削路徑移動完成後，切削段211會在基板1上切削形成一微模槽12。本第一實施例的微模槽12是例如具有一槽道121，及多個與槽道121相連通的槽穴122。微模槽12的深度均一，例如為0.03mm。刀具21的切削段211的外徑是以0.5mm為例，因此，槽道121的寬度為0.5mm。各槽穴122呈圓槽形且孔徑例如為2.4mm。

藉由前述超音波頻率使切削段211產生振幅，能直接切削加工如鈦等高硬度金屬所製成的基板1，還能大幅降低切削段211與基板1之間的摩擦並且能促進排屑的效率，以適於切削加工微小的微模槽12。藉此，能降低切削力及刀具21負荷，進而提升加工速率及刀具壽命，並且能降低切削後基板1的邊緣脆裂與毛邊產生，以及提升切削後的表面粗糙度。

參閱圖1、圖5及圖6，在形成模仁步驟S3中，於基板1的表面11及微模槽12上形成一模仁3，使模仁3具有一嵌設於微模槽12內並與微模槽12形狀互補的微凸結構32。在本第一實施例中，先將基板1放置於電鑄槽的陰極上並通電，透過電鑄方式沉積與基板1材質不同的金屬於表面11及微模槽12上，前述金屬的材質為形成模仁3所需的鎳金屬。待前述金屬沉積到所需的一預定厚度時，停止沉積的動作，此時，沉積於表面11及微模槽12上的前述金屬即形成模仁3。模仁3包含一本體31及微凸結構32。本體31疊置於表面11並具有一與表面11接觸的模面311。微凸結構32一體地凸設於模面311。

參閱圖1、圖4、圖7及圖8，在分離步驟S4中，將基板1及模仁3由電鑄槽內取出，隨後，分離模仁3與基板1。由於模仁3與基板1的材質不同，因此，兩者之間的結合力小，操作人員能夠方便且省力地將兩者扳開，使模仁3的模面311及微凸結構32分別與基板1的表面11及微模槽12分離。由於模仁3的微凸結構32是由基板1的微模槽12翻鑄而出，因此，微凸結構32的形狀會與微模槽12的形狀互補。微凸結構32具有一對應於槽道121形狀的凸條321，及多個分別對應於該等槽穴122形狀的凸塊322。製造完成的模仁3能安裝在例如射出成型機或熱壓機等成型機的模具內，藉此，使前述成型機能成型出生物晶片的塑膠基板，該塑膠基板具有一與微凸結構32形狀相同的微流道。

參閱圖9，圖9的照片是說明透過目前現有不具有超音波振動的刀具在基板1上所切削形成的槽道121，由於前述刀具在切削過程中切屑不易排出且會被刀具帶著移動，因此，在照片上能清楚看出構成槽道121的表面會殘留有屑痕，表面邊緣會有毛邊產生且脆裂，從而使得表面粗糙度較差。

參閱圖10，圖10的照片是說明透過本第一實施例所採用的具有超音波振動的刀具21在基板1上所切削形成的槽道121，由於前述刀具21在切削過程中易將切屑排出且排屑效率佳，切屑不易被刀具21帶著移動，因此，在照片上能清楚看出構成槽道121的表面會較光滑且不易殘留屑痕，表面邊緣不易產生毛邊或脆裂，從而能使得表面粗糙度較佳。

藉由超音波振動的刀具21切削基板1，能快速地在基板1上切削形成微模槽12，使切削後的基板1能夠直接作為一用以成型模仁3的母模使用。藉由基板1為鈦金屬所製成的導電金屬基板，使得電鑄的金屬能夠直接沉積在基板1以成型模仁3。藉此，與先前技術相較下能省略曝光顯影所需使用的光罩及顯影機台，並能省略先前技術所需的繁多步驟，以大幅降低模仁3的製造成本。

參閱圖11及圖12，是本發明模仁的製造方法的第二實施例，其製造方法大致與第一實施例相同，不同處在於基板1的微模槽12以及模仁3的微凸結構32(如圖13所示)。

在切削基板步驟S2中，CNC工具機的主軸透過超音波刀把22帶動刀具21(如圖3所示)沿著預設切削路徑移動時在Z方向有上有高度的變化。例如：刀具21的切削段211沿Z方向下移深度較淺，以在基板1上先切削出槽道121的一淺槽道段123，隨後，切削段211沿Z方向下移深度較深，以在基板1上切削出槽道121的一與淺槽道段123一端相連通的深槽道段124。藉此，使得槽道121具有深淺變化。

參閱圖13，在形成模仁步驟S3中，沉積在槽道121的淺槽道段123的金屬沿Z方向的高度較短而形成凸條321的一第一凸部323，沉積在深槽道段124的金屬沿Z方向的高度較高而形成凸條321的一與第一凸部323連接的第二凸部324。第一凸部323具有一沿Z方向所取的第一高度H1，第二凸部324具有一沿Z方向所取的第二高度H2，第二高度H2大於第一高度H1。藉此，使得微凸結構32的凸條321具有對應於微模槽12深淺變化的高度變化。藉由前述模仁3的微凸結構32具有高度變化的設計方式，使得成型機所成型出的塑膠基板的微流道能夠具有深淺變化，且與先前技術相較下能降低模仁3的製造成本及困難度。

參閱圖14，是本發明模仁的製造方法的第三實施例，其製造方法與第一實施例略有差異。

在提供基板步驟S1中，基板30是由例如鎳金屬所製成，其具有一表面301，表面301為一待加工面。在切削基板步驟S2中，是透過超音波振動的刀具21切削基板30的表面301，以形成具有微凸結構32的模仁3。需說明的是，刀具21在切削基板30的過程中，可以視實際需求將微凸結構32的凸條321切削成如圖14所示高度均一的狀態，也可以將凸條321切削成如圖13所示具有高度變化的狀態。

綜上所述，各實施例的模仁3的製造方法，藉由超音波振動的刀具21切削基板1，能快速地在基板1上切削形成微模槽12，使切削後的基板1能夠直接作為一用以成型模仁3的母模使用。藉由基板1為鈦金屬所製成的導電金屬基板，使得電鑄的金屬能夠直接沉積在基板1以成型模仁3。藉此，能簡化製程步驟並能大幅降低模仁3的製造成本。此外，藉由刀具21在基板1上切削出具有深淺變化的微模槽12的槽道121，使得模仁3的微凸結構32的凸條321能夠具有對應於微模槽12深淺變化的高度變化，藉此，能降低模仁3的製造成本及困難度，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1:基板 11:表面 12:微模槽 121:槽道 122:槽穴 123:淺槽道段 124:深槽道段 21:刀具 211:切削段 212:連接段 22:超音波刀把 30:基板 301:表面 3:模仁 31:本體 311:模面 32:微凸結構 321:凸條 322:凸塊 323:第一凸部 324:第二凸部 H1:第一高度 H2:第二高度 S1:提供基板步驟 S2:切削基板步驟 S3:形成模仁步驟 S4:分離步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本發明模仁的製造方法的第一實施例的一步驟流程圖； 圖2是一側視圖，說明該第一實施例所使用的一基板、一刀具及一超音波刀把之間的關係； 圖3是一不完整的局部剖視圖，說明該第一實施例以該刀具切削該基板； 圖4是一立體圖，說明該第一實施例的該基板形成一微模槽； 圖5是沿圖4中的V－V線所所截取的一剖視圖； 圖6是類似於圖5的一剖視圖，說明該第一實施例透過電鑄方式沉積金屬於該基板及該微模槽上以形成一模仁； 圖7是類似於圖6的一剖視圖，說明該第一實施例將該模仁與該基板分離； 圖8是一立體圖，說明該第一實施例的該模仁具有一微凸結構； 圖9是一照片，說明透過不具有超音波振動的刀具在該基板上所切削形成的槽道； 圖10是一照片，說明透過該第一實施例具有超音波振動的該刀具在該基板上所切削形成的槽道； 圖11是本發明模仁的製造方法的第二實施例的該基板的一立體圖； 圖12是沿圖11中的XII－XII線所截取的一剖視圖，說明該第二實施例的該基板的一槽道具有一淺槽道段及一深槽道段； 圖13是類似於圖12的一剖視圖，說明該第二實施例的該模仁的一凸條具有一第一凸部及一第二凸部；及 圖14是本發明模仁的製造方法的第三實施例的該模仁的一製造流程圖。

S1:提供基板步驟

S2:切削基板步驟

S3:形成模仁步驟

S4:分離步驟

Claims (10)

1. 一種模仁的製造方法，包含下述步驟： 提供一基板； 透過一超音波振動的刀具切削該基板，以在該基板上形成一微模槽； 形成一模仁於該基板及該微模槽上，使該模仁具有一嵌設於該微模槽內並與其形狀互補的微凸結構；及 分離該模仁與該基板。
2. 如請求項1所述的模仁的製造方法，其中，該基板為一導電金屬基板，該模仁是透過電鑄方式沉積金屬於該基板及該微模槽至一預定厚度所形成。
3. 如請求項1所述的模仁的製造方法，其中，該刀具所採用的超音波頻率為20~30KHz中任一數值的10~15%。
4. 如請求項1所述的模仁的製造方法，其中，該刀具所採用的超音波頻率為26KHz的10~15%。
5. 如請求項1所述的模仁的製造方法，其中，該刀具加工形成的該微模槽具有深淺變化，該模仁的該微凸結構具有對應於該微模槽深淺變化的高度變化。
6. 一種模仁的製造方法，包含下述步驟： 提供一基板； 透過一超音波振動的刀具切削該基板，以在該基板上形成一微模槽，該微模槽具有一淺槽道段，及一與該淺槽道段一端連通的深槽道段，該深槽道段深度較該淺槽道段深； 形成一模仁於該基板及該微模槽上，使該模仁具有一嵌設於該微模槽內並與其形狀互補的微凸結構，該微凸結構具有一位於該深槽道段內的第一凸部，及一位於該深槽道段內的第二凸部，該第二凸部高度大於該第一凸部高度；及 分離該模仁與該基板。
7. 一種模仁的製造方法，包含下述步驟： 提供一基板；及 透過一超音波振動的刀具切削該基板，以形成一具有一微凸結構的模仁。
8. 如請求項7所述的模仁的製造方法，其中，該微凸結構具有高度變化。
9. 一種模仁的製造方法，包含下述步驟： 提供一基板； 透過一由CNC工具機所帶動的超音波振動刀具切削該基板，而在切削過程中帶動該刀具上下往復振動，以在該基板上形成一槽道； 形成一模仁於該基板及該槽道上，使該模仁具有一嵌設於該槽道內並與其形狀互補的微凸結構；及 分離該模仁與該基板。
10. 一種模仁的製造方法，包含下述步驟： 提供一基板； 透過一由CNC工具機所帶動的超音波振動刀具切削該基板，而在切削過程中帶動該刀具上下往復振動，以在該基板上形成一具有一第一深度的微模槽； 透過該刀具切削該基板，而在切削過程中帶動該刀具上下往復振動，以在該基板上形成一具有一第二深度的微模槽，且該第二深度不同於該第一深度； 形成一模仁於該基板及該等微模槽上，使該模仁具有一嵌設於該等微模槽內並與其形狀互補而具有高度變化的微凸結構；及 分離該模仁與該基板。

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