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研究生:李志宏
研究生(外文):Chih-Hung Lee
論文名稱:精細微光波導熱壓成型複製度及品質比較研究
論文名稱(外文):An Investigation of the Degree of Replication and Quality of Precise Micro Optical Waveguides by Hot Embossing
指導教授:曾世昌曾世昌引用關係
指導教授(外文):Shi-Chang Tseng
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:機械工程系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:熱壓
外文關鍵詞:hot embossing
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本論文採用微熱壓製程成型不同塑膠材料的光波導,塑料有PMMA和PC;此製程方式為先將UV-LIGA所做出之電鑄模仁將其固定在熱壓模具上,然後用田口品質實驗計畫法,探討不同參數對所成形之平面光波導成品之影響,進而找尋出熱壓平面光波導之較佳參數,再進行通道寬度收縮率、V槽深度之量測,及利用熱壓成型與射出成型所獲得之PC光波導成品,比較兩者之間之殘留應力。
本文中以光波導之V溝角度及通道寬度品質特性望目為最佳化目標,以達成V溝角度為54.740、通道寬度為6μm之要求。經由田口實驗數據變異數分析之結果,以V溝角度而論,所有因子中脫膜溫度的貢獻度最高(70.889%),其次為壓印溫度(26.487%)再其次為壓印力(1.904%);
以通道寬度而言,脫膜溫度的貢獻度最高(32.899%),其次為壓印溫度(32.032﹪),再其次則為壓印力(31.1828%);兩者之最佳因子為脫膜溫度600C,壓印溫度1200C,壓印力6000N。



關鍵詞:微熱壓製程、光波導、紫外光刻術、田口品質工程
An Investigation of the Degree of Replication and Quality of Precise Micro Optical Waveguides by Hot Embossing

MS Student: Chih-Hung Lee Advisor: Shi-Chang Tseng


National Yunlin University of Science and Technology
Gradual school of Mechanical Engineering

ABSTRACT

In this study, the thermoplastic optical waveguides were fabricated by the hot embossing process. PMMA was used for measurement of shrinkage and PC for residual stresses. Each optical waveguide has several v-groove, y-branches and micro channels on the surface. The v-groove on the micro mold was made by Si wet etching and the y-branches and micro channels were fabricated by the UV-LIGA.
In order to better understand how the processing conditions affect the qualities of the molded waveguides, Taguchi’s design of experiments was used in this work. The shrinkage of channel width was selected to be minimized. And the angle of v-groove was selected to be the objective value of 54.74o. The experimental analyses have shown the most important factor to affect the v-groove’s angle is the demold temperature(70.889%) and then the press temperature (26.487%). For the shrinkage of the channel width, the most significant factor is also the demold temperature (32.899%) and then the press temperature (32.032%) and press force(31.1828%). The best combination is recommended as the demold temperature=600C, press temperature =1200C, press force= 6000N.
The residual stresses measurement results of the compression molded wave guides were also compared to the injection molded ones. Generally, smaller and more uniform distributions were observed in most of the hot embossed products.

Key words: Micro hot embossing, UV-LIGA, Waveguides, Taguchi’method
目 錄

中文摘要…………………………………………………….…………………..英文摘要…………………………………………………….…………………..誌謝…………………………………………..………………….………….…...目錄………………………………………………………………………………表目錄……………………………………………………………………………圖目錄……………………………………………………………………………照片目錄………………………………………………………………………...符號說明………………………………………………………………….…..... ΙΠⅢⅣⅦⅧⅩⅩI


第一章 緒論
1-1 研究目的……………………………………………………………...1-2 光波導的原理………………………………………………………..1-2-1 光波導原理…………………………………………………...1-3 傳統熱壓成型與微熱壓成型…………………………………….1-3-1 .傳統熱壓成型……………………………………….……….1-3-2 .微熱壓成型.…………………………………………………. 1-4 雷射加工……………………………………………………………...1-4-1 雷射加工原理………………………………………………..1-4-2 雷射加工的特色……………………………………………..1-5 文獻回顧…………………………………………….……………….. 1222233334

第二章 研究問題描述
2-1 研究方向………….………………………………………………….. 2-2 影響熱壓成型品收縮之因素………………………………………. 2-2-1 模具設計……………………………………………………… 2-2-2 熱壓機之設定參數………………………………………….. 2-2-3 光波導材料………………………………………………….. 88899

第三章 研究方法
3-1 P-V-T狀態方程式……….…………..………………………………. 3-2 Hele-Shaw model……….…………..………………………………… 3-3數位光彈理論…………………………………………………………3-4田口式品質工程(Taguchi’s Quality Engineering)………………… 3-4-1 簡介…………………………………………………………… 3-4-2 實驗計畫法的實施要點……………………………………. 3-4-3 損失函數…………………………………………………….. 3-4-4 望目特性的參數設計………………………………………. 3-4-5 信號雜訊比(Singal to Noise Ratio)………………………. 3-4-6 直交表(Orthogonal Array)應用……………………………. 3-4-7 數據分析流程……………………………………………….. 1213141515161717171820
第四章 微熱壓光波導製程
4-1 實驗目的……………………………………………………………...4-2 實驗流程……………………………….…………………………..… 4-3 實驗材料…………………………………………………………….. 4-4 模具設計……………………………………………………………...4-4-1 微熱壓成型機的規格與限制………………………………4-4-2 脫膜機構之設計…………………………………………….4-4-3 微熱壓模具設計應注意事項……………………………… 24242526262627
第五章 實驗結果與討論
5-1 壓印過程.………..…………………………………………………..5-2 熱壓機參數控制不當所造成的缺陷及改善……………………..5-3 微熱壓製程之田口實驗分析………………………………………5-3-1 直交表之配置…………………………………………...5-3-2 回應表及回應圖…………………………………………5-3-3 變異數分析………………………………………………5-3-4 最佳值確定及信賴區間推定…………………………5-3-5 確認實驗…………………………………………………..5-3 中心通道寬度與外側通道寬度收縮之差異……………………..5-4 微熱壓成型與射出成型之殘留應力比較……………………….. 36363737373838393939

第六章 結論與未來研究方向
6-1結論………..…………………………………………………………..6-2未來研究方向………….……………………………………………. 6262

參考文獻………………………………………………………………………… 64

























表 目 錄

表2-1各種光波導之優缺點比較…………………………………………….表4-1 JENOPTIK HEX-01之規格……………………………………………..表5-1田口法實驗參數設計表………………………………….………….表5-2直交表之配置……………………………………..………………... 表5-3 V-GROOVE之角度值………………………………..………………..表5-4 V-GROOVE角度之SN比計算表………………....……………….表5-5通道寬度值………………………………………………………………表5-6通道寬度值SN比計算表.……….………………………………….表5-7 V-GROOVE角度值之主要因子之回應表………….……………表5-8通道寬度值之主要因子之回應表……….……….……………….表5-9 V-GROOVE角度值之變異數分析表…………….………………..表5-10通道寬度值之變異數分析表………………………………………表5-11 V-GROOVE之最佳因子角度值之SN比……………………….表5-12通道寬度值之最佳因子角度值之SN比………………………..表5-13參數設定……………………………………………………………….表5-14通道寬度量測尺寸…………………………………………………….… 10264141424243434444444545454646
圖 目 錄

圖1-1光在光纖中的全反射及折射…………………………………..…….圖1-2 LIGA製程………………………………………………………………圖2-1光波導之理想尺寸圖…………………………………………………..圖2-2光波導之量測尺寸圖…………………………………………………..圖3-1 PMMA之P-V-T關係圖………………………………………………..圖4-1熱壓機動作步驟流程圖……………………………………………….圖4-2微熱壓機之動作流程示意圖………………………………………….圖4-3微熱壓光波導之實驗流程…………………………………………….圖4-4上模板………………………………………………………………….圖4-5下模板…………………………………………………………………..圖4-6 壓板…………………………………………………………………….圖4-6 下模固定板…………………………………………………………….圖4-7 微熱壓模具組裝圖…………………………………………………….圖5-1 PMMA之升溫曲線及降溫曲線圖……………………………………圖5-2 PMMA之壓印壓力及下模板位置關係圖…………………………..圖5-3 PMMA之壓印壓力及壓印時間關係圖………………………………圖5-4 壓印壓力控制不當所造成之缺陷……………………………………圖5-5 壓印溫度控制不當所造成之缺陷……………………………………圖5-6 熱壓時造成的其他缺陷………………………………………………圖5-7 最佳參數……………………………………………………………….圖5-8 脫膜溫度(300C) ……………………………………………………….圖5-9 脫膜溫度(400C) ………………………………………………………圖5-10 脫膜溫度(500C) ………………………………………………………圖5-11脫膜溫度(800C) ……………………………………………………..圖5-12壓印溫度(1100C) ……………………………………………………圖5-13脫膜溫度與通道寬度關係圖……………………………………….圖5-14 V溝角度值之主要因子回應圖…………………….……………….圖5-15通道寬度值之主要因子回應圖…………………………………….圖5-16 溫度與黏度關係圖……………………………………………………圖5-17比容與溫度關係圖…………………………………………………..圖5-18熱壓時充填情形………………………………………………………圖5-19微熱壓成型與射出成型之殘留應力比較…………………………. 67111123282930313233343547474849505152535455565758585959606061


照 片 目 錄

照片1 微熱壓成型機與光學顯微鏡….……………………………66
照片2 掃描式電子顯微鏡與鍍金機………………………………….67
照片3 光波導模仁之SEM圖……..……………………………….68
照片4 光波導之SEM成品之V-GROOVE圖……………………69
照片5 光波導之SEM成品之CHANNEL 圖……………………70























符 號 說 明

P :壓力
V :比容
T :溫度
:速度向量
α1 :熱膨脹係數
k1 :壓縮係數
ε :長度收縮率
Tt :玻璃轉移點溫度
S :流導
:壓縮速度
:x方向的速度
:y方向的速度
:黏度
參考文獻
1.陳劉旺,丁金超”高分子加工”pp279-312,民國90年1月.
2.金進興,「光電構裝之有機光波導材料」,工業材料雜誌,pp.144-149,2001
3.L. Lin, C. J. Chiu, “Comparative Study of Hot Embossing Micro Structures by Laboratory and Commercial Environment,”IEEE Microsystem Technology 4,pp.113-116,1998
4.N.S. Ong, Y.H. KOH, and Y.Q.Fu, “Microlens Array Produced, pp. 365-379,2002.
5.R. Ruprecht, H. Kalb, B. Kowanz and W. Bacher,”Molding of LIGA microstructure from fluorinated polymers”,Microsysyem Technologies.2,pp182-185,1996
6.M. Heckle, W. Bacher and K.D.Muller,”Hot embossing-The molding technology for plastic microstructures”,Microsystem Technologies.4,pp122-124,1998
7.賴文童,「微結構熱壓成形缺陷之探討」,國立交大機械工程研究所碩士論文,民國89年6月
8.王培良,「微結構熱壓成形缺陷之探討」,國立交大機械工程研究所碩士論文,民國87年6月
9.S.Y.Chou, and P.R.Krauss.”Imprint lithographie with sub-10nm feature size and high throughput”, Microelectronic Engineering,Vol.35,pp. 237-240,1997
10.R. W. Jaszewski, H.Schift, J.Gobrecht and P.Smith, “Hot embossing in polymers as a direct way to pattern resist”,Microelectronic Engineering,Vol41/42,pp.575-578,1998
11.Holger Becker and Ulf Heim,”Polymer high ratio structure fabricated with hot embossing”,Processing of the IEEE Micro Electro Mechanical Systems,pp. 214-217,1999
12.C.-R.Lin, R.H.Chen, C.Hung,” Preventing non-unoform shrinkage in open die hot embossing of PMMA microstructure” Material Processing Technology,pp173-178,2003.
13.C.-R.Lin, R.H.Chen, C.Hung,” The characterisation and finite element analysis of a polymer under hot pressing” Advanced Manufacturing Technology,pp.230-235, 2002.
14.Wen-Ya Chang,”Three-Dimensional CAE Analysis of Injection Compress Process”, MS Thesis, National Tsing-Hua University, Hsichu, Taiwan,1999
15 蔡明三,"實驗計畫法",華泰,pp191-207,1982
16 吉澤正孝,"開發設計階段的品質工程",中國生產力中心,pp.145-161,1990
17. 小西省三,"品質評價的SN比",中國生產力中心,pp145-161,1991
18. 周至宏,"品質工程講義",2003
19.“Hot Embossing System HEX 01/T Operation Manual”, JENOPTIK Microtechnik GmbH
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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1. 〔15〕 曾國雄,胡宜珍,「公車系統營運與服務績效指標擷取之研究–灰色關聯分析之應用」,模糊系統學刊,第二卷第一期,73~82頁,民國85年
2. 〔11〕 陳基國、黃玉梅,「基隆港棧埠作業民營化對貨櫃船席運轉效率之影響」,航運季刊,第九卷第二期,51~70頁,民國89年6月。
3. 2. 金進興,「光電構裝之有機光波導材料」,工業材料雜誌,pp.144-149,2001
4. 〔32〕 馮正民,「熵(Entropy)在交通運輸上之意義與應用」,交通運輸,第十期,57~65頁,國立交通大學交通運輸研究所,民國77年6月。
5. 〔31〕 張有恆,陳俊魁,「鐵路立體化評估準則與方案選擇之研究-灰色關聯分析法之應用」,運輸計劃季刊,第二十六卷第二期,353~378頁,民國86年6月。
6. 〔26〕 單誠基、朱金元、曾文傑,「台中港貨櫃碼頭營運指標探討」,港灣報導季刊,第45卷,26-29頁,台灣省政府交通處港灣技術研究所,民國87年7月。
7. 〔23〕 郭石盾,「開發中國家港埠民營化探討(下)」,港灣報導季刊,第三十六卷,1-6頁,台灣省政府交通處港灣技術研究所,民國85年4月。
8. 〔22〕 郭石盾,「開發中國家港埠民營化探討(上)」,港灣報導季刊,第三十五卷,17-24頁,台灣省政府交通處港灣技術研究所,民國85年1月。
9. 〔21〕 黃來旺,「1994年新加坡港與台灣港埠之財務績效比較」,港灣報導季刊,第三十六卷,17-22頁,台灣省政府交通處港灣技術研究所,民國85年4月。