臺灣博碩士論文加值系統

電鑄的技術是LIGA製程中重要的一環，影響光阻微結構的複製甚大。本研究深入在LIGA 製程中微電鑄的製程，使用鎳添加劑並搭配製程參數變更來研究影響電鑄品質之因素，以期提升電鑄模仁的機械性質、表面粗糙度與平整度，進而提高光碟成型時的品質與良率。
論文採用胺基磺酸鎳鑄液並添加不同含量的鎳半光澤劑於鑄液中，並配合不同的電流密度與電鑄液溫度參數。從研究結果中，發現加入鎳半光澤劑所電鑄的模仁，其硬度明顯提高，在電鑄液溫度60℃、電流密度13.5ASD、150ml鎳半光澤劑的條件電鑄出的模仁硬度最大高達264HV，跟原始條件(硬度149.5HV)相比硬度提升了76.58%，並且沒內應力所產生的變形。從金相實驗中觀察鑄層橫截面組織，發現加入鎳半光澤劑會使鎳沉積由柱狀沉積轉變為細小層狀沉積，為硬度提升的主要因素。表面粗糙度方面則是利用AFM來量測，在高溫度與低電流密度或加入鎳半光澤劑可以產生較細密的結晶，因此在此條件下可獲得較小粗糙度。在厚度方面，提高溫度與電流密度時晶粒沉積速率越快，在相同時間下沉積的厚度越厚，但是會有模仁內外厚度差異太大造成平整度不佳的缺點，在相同條件下鎳半光澤劑量越多，也會加速鎳的沉積速度，在相同條件下沉積模仁厚度越厚。
本研究中，可以充分了解電鑄製程中鎳半光澤劑的影響，以及在不同電鑄液溫度和電流密度下產生的變化，在電鑄製程時可依模仁需求挑選最適合且最有經濟效率的參數。

Micro electroforming technology of the LIGA process is very important and has a great effect on the replication of micro-structure. In this study, the effects of processing and adding Ni semi-bright during electroforming process on disc stamp quality were been investigated.
From the result of study, the stamp of electroforming with Ni semi-bright has bigger hardness. The hardness of stamp has increased 76.58% and reaches the maximum when solution temperature, current density and Ni semi-bright are 60℃, 13.5ASD and 15ml, respectively. The improving of hardness is Ni deposit transition form pillar to layer forms that can be observed the cross section via a metallographic.
For the hardness and surface roughness of the stamp, the higher hardness and lower surface roughness need high solution temperature, low current density and adding Ni semi-bright. The higher solution temperature, higher current density and adding Ni semi-bright will get thicker and not uniform stamp.
Form this study, it will lead to a better understanding on the electroforming characteristics. We can choose and adjust the parameters to get suitable and economic efficiency way during electroforming process.

摘 要 I
Abstract II
致 謝 III
目 錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 微機電系統與LIGA製程 1
1-2-1 微機電系統簡介 2
1-2-2 LIGA技術 2
1-2-3 LIGA-LIKE技術 4
1-3 光碟模版製程簡介 4
1-4 文獻回顧 6
1-5 研究動機與目的 7
1-6 本文架構 7
第二章 電鑄鎳基本理論 13
2-1 電鑄理論 13
2-1-1 電鑄原理 13
2-1-2 法拉第電解定律 14
2-1-3 電流效率 15
2-2 電鑄溶液的組成 16
2-2-1 電鑄液的種類 16
2-2-2 電鑄液的成分 17
2-2-3 鎳添加劑的類型 19
2-3 影響電鑄品質參數 19
2-4 電鑄要求與常見的問題 21
2-4-1 電鑄層基本要求性質 21
2-4-2 電鑄常見的問題 22
第三章 實驗設備與實驗方法 30
3-1 實驗儀器 30
3-1-1 電鑄實驗系統 30
3-1-2 量測分析儀器 31
3-1-3 金相實驗說明 32
3-2 電鑄液配置與操作參數 32
3-3 實驗架構與步驟 33
3-3-1 實驗架構 33
3-3-2 實驗步驟 33
第四章 實驗結果與討論 49
4-1 第一階段實驗結果-無鎳添加劑 49
4-1-1 硬度量測結果 49
4-1-2 電鑄失敗結果 49
4-2 第二階段實驗結果-加入鎳添加劑 49
4-2-1 硬度分析結果 50
4-2-2 表面粗糙度分析結果 51
4-2-3 內外厚度值分析結果 52
4-2-4 鑄層橫截面觀察 53
4-3 不良缺陷說明 54
4-3-1 翹曲變形 54
4-3-2 樹枝狀紋路 54
第五章 結論與未來展望 81
5-1 結論 81
5-2 未來展望 82
參考文獻 83
作者簡歷 85

表目錄
表2-1 電鑄金屬的特性與應用 24
表2-2 電鍍技術與電鑄技術的基本差異 25
表2-3 金屬之化學當量表 26
表2-4 鎳電鑄液的種類與組成 26
表3-1 INCO鎳球的化學成分 35
表3-2 鈍化劑主要成分 35
表3-3 鎳所使用化學腐蝕液組成 35
表3-4 胺基磺酸鎳鑄液組成與操作條件 36
表3-5 第一階段的實驗規劃 37
表3-6 第二階段的實驗規劃(X可為A.B.C) 38
表4-1 第二階段實驗-硬度值 55
表4-2 第二階段實驗-模仁內外厚度值 56

圖目錄
圖1-1 2003-2007年我國光碟片產量圖 9
圖1-2 微機電系統製作的產品 9
圖1-3 射出成型流程圖 10
圖1-4 LIGA-LIKE製程技術示意圖 10
圖1-5 模版製作細部流程圖 11
圖1-6 光碟模仁 11
圖1-7 光碟片Pit訊號 12
圖1-8 濺鍍過程示意圖 12
圖2-1 電鑄過程示意圖 27
圖2-2 電鍍技術與電鑄技術的基本差異 27
圖2-3 電流密度分布對電鑄厚度影響示意圖 28
圖2-4 影響電鑄品質的參數與條件 28
圖2-5 電鑄層表面針孔缺陷 29
圖3-1 電鑄槽循環系統之示意圖 39
圖3-2 Technotrans電鑄機台 39
圖3-3 陽極處理程序 40
圖3-4 陰極製作圖 40
圖3-5 Technotrans表面清洗機 41
圖3-6 ADE Technologies 6360CD光碟母模厚度量測機 41
圖3-7 全電腦功能微小硬度計 42
圖3-8 維氏硬度計壓痕形狀示意圖 42
圖3-9 CBVP-A3表面張力儀 43
圖3-10 AFM原子力顯微鏡 43
圖3-11 量測表面粗糙度示意圖 44
圖3-12 波美比重計 44
圖3-13 pH值量測計 45
圖3-14 熱鑲埋機 45
圖3-15 鎳層鑲埋圖 46
圖3-16 光學顯微鏡 46
圖3-17 硬度、表面粗糙度、厚度量測位置 47
圖3-18 電鑄實驗的流程規劃圖 48
圖4-1 電流密度13.5ASD，溫度50℃，轉速50rpm，改變不同Ah值其硬度的變化 61
圖4-2 電流密度13.5ASD，溫度50℃，Ah值為50，改變轉速其硬度的變化 61
圖4-3 溫度50℃，Ah值為50，轉速50rpm，改變電流密度其硬度的變化 62
圖4-4 電流密度13.5ASD，Ah值為50，轉速50rpm，改變溫度其硬度的變化 62
圖4-5 模仁電鑄失敗圖。 63
圖4-6 電鑄失敗的機台操作介面。溫度40℃，導電不良導致電壓不穩定呈現下降趨勢，紅色曲線為電壓曲線 63
圖4-7 Ah值為50，轉速固定50rpm，電流密度13.5ASD，不同添加劑含量在不同溫度下的硬度變化 64
圖4-8 Ah值為50，轉速固定50rpm，溫度50℃，不同添加劑含量在電流密度下的硬度變化 64
圖4-9 Ah值為50，轉速固定50rpm，無添加鎳添加劑，改變電流密度並在不同溫度下的硬度變化 65
圖4-10 Ah值為50，轉速固定50rpm，加入100ml鎳添加劑，改變電流密度並在不同溫度下的硬度變化 65
圖4-11 Ah值為50，轉速固定50rpm，加入150ml鎳添加劑，改變電流密度並在不同溫度下的硬度變化 66
圖4-12 無添加劑，改變電流密度和溫度，利用AFM觀察表面粗糙度的立體圖 67
圖4-13 添加劑100ML，改變電流密度和溫度，利用AFM觀察表面粗糙度的立體圖 68
圖4-14 添加劑150ML，改變電流密度和溫度，利用AFM觀察表面粗糙度的立體圖 69
圖4-15 Ah值為50，轉速固定50rpm，電流密13.5ASD，不同添加劑含量在不同溫度下的表面粗糙度差異值 70
圖4-16 Ah值為50，轉速固定50rpm，溫度50℃，不同添加劑含量 在不同電流密度下的表面粗糙度差異值 70
圖4-17 Ah值為50，轉速固定50rpm，無添加鎳添加劑，改變電流密度並在不同溫度下的表面粗糙度差異值 71
圖4-18 Ah值為50，轉速固定50rpm，加入100 ml鎳添加劑，改變電流密度並在不同溫度下表面粗糙度差異值 71
圖4-19 Ah值為50，轉速固定50rpm，加入150 ml鎳添加劑，改變電流密度並在不同溫度下表面粗糙度差異值 72
圖4-20 鎳半光澤劑作用原理 72
圖4-21 Ah值為50，轉速固定50rpm，電流密13.5ASD，不同添加劑含量在不同溫度下的模仁內外厚度值 73
圖4-22 Ah值為50，轉速固定50rpm，溫度50℃，不同添加劑含量在不同電流密度下的模仁內外厚度值 73
圖4-23 Ah值為50，轉速固定50rpm，無添加鎳添加劑，改變電流密度並在不同溫度下的模仁內外厚度值 74
圖4-24 Ah值為50，轉速固定50rpm，加入100 ml鎳添加劑，改變電流密度並在不同溫度下的模仁內外厚度值 74
圖4-25 Ah值為50，轉速固定50rpm，加入150 ml鎳添加劑，改變電流密度並在不同溫度下的模仁內外厚度值 75
圖4-26 在45℃時，無添加劑與150ml半光澤劑的電鑄鎳層橫截面光學照片 76
圖4-27 在50℃時，無添加劑與150ml半光澤劑的電鑄鎳層橫截面光學照片 77
圖4-28 在55℃時，無添加劑與150ml半光澤劑的電鑄鎳層橫截面光學照片 78
圖4-29 在60℃時，無添加劑與150ml半光澤劑的電鑄鎳層橫截面光學照片 79
圖4-30 模仁翹曲變形圖 80
圖4-31 樹枝狀紋路的缺陷圖 80

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