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研究生:陳緯德
研究生(外文):Wei-Te Chen
論文名稱:微沖壓器開發及加工特性探討
論文名稱(外文):Development of Micro Punches and Investigation of Machining Characteristics
指導教授:龐大成
指導教授(外文):Da-Cheng Pang
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:機械與精密工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:95
中文關鍵詞:微型標籤微沖壓模具DEFORM 2D
外文關鍵詞:micro tagmicro punchDEFORM 2D
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本論文研究目的為開發微型沖壓模具以製作微型標籤,模具採用濕式矽蝕刻技術、厚膜光阻微影及電鑄技術開發,利用此方式可沖壓製作50μm×50μm的微型標籤,較現有金蔥機加工製作更微小之尺寸。

微型沖壓模具其刀刃前端有平坦及尖角兩型設計,並有兩種不同的刀刃寬度分別為15μm與10μm,刀刃總數為76個及83個,模具整體大小為5mm×5mm。第一型平坦型可製作出深寬比4之微結構,第二型尖角型則利用非等向性矽蝕刻技術加工出54°角的V型溝槽並可製作出深寬比3之微結構,最後兩型都結合KMPR1050厚膜光阻微影及電鑄製作出微模具。

本研究使用DEFORM 2D軟體模擬沖壓過程中所需之負荷與胚料成形狀況。利用材料試驗得到的PET塑膠薄片的真實應力應變值與摩擦係數輸入軟體中可使模擬結果接近實際狀況。本研究針對16μm厚度PET薄膜使用將四種不同模具進行沖壓實驗,從結果中得知尖角型刀刃所需的負荷遠小於平坦型,而且刀刃寬度由15μm縮小至10μm能使其負荷再降低。在其胚料的成形結果變化中得知平坦型在擠壓至最後時會頂至模具頂端,而尖角型則無此情況。

本論文將早先的微型標籤邊長由200μm縮小至50μm,並成功縮小刀刃寬度至10μm。由原先平坦型刃寬15μm每刃負荷20.49N降低至尖角型刃寬10μm每刃只需3.04N,將力量減少至原先之15%。並且尖角型加工之料片較平坦型周圍毛邊現象少。
The research purpose of this thesis is for the development of micro punching dies for the production of micro tags with the usage of the wet etching technology, photoresist lithography and electroforming technology. This method enables the production of 50μm × 50μm of micro tags, which are smaller in size than those produced by the glitter machines.

On the front edge of the Micro-punching die mould, there are two types of blade designs, including flat and sharp angular. There are two different blade widths, 15μm and 10μm. The total numbers of blade are 76 and 83. The overall size of the mold is 5mm × 5mm. The flat-type model uses KMPR1050 thick photoresist lithography and electroforming to produce micro moulds with depth-width ratio of up to four. The angular-type model uses anisotropic silicon etching techniques to produce a 54 ° angle V-grooves prior to combining with thick photoresist lithography and electroforming to produce depth-width ratio of 3 micro moulds.

This research uses the element software DEFORM 2D to simulate and evaluate the load required during the stamping process. In addition, with the outcomes obtained from the material testing of the true stress-strain values and the friction coefficient of input software enable the simulation results to be close to the actual situation. In this study, experiments are performed with four different molds for the 16μm thick PET film. The results shown that sharp angular type blade requires much less load than the flat type, and the reduction of blade width from 15μm down to 10μm enable the required load to be reduced further.

This thesis has reduced the original tag side length from 200μm to 50μm, and succeeded in narrowing the width of the blade to 10μm. To be specific, the original flat-blade width is 15μm and the load of each blade is 20.49N. In comparison, the sharp angular blade with width of 10μm only requires 3.04N, reducing the original power by 15%. In addition, the material sheets processed with the sharp angular type results with fewer deckle edges than the flat type.
摘要 I
Abstract II
誌 謝 III
圖目錄 V
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 國內外相關研究 2
1.2-1 精密剪斷 2
1.2-2 微機電製程 4
1.2-3 濕式蝕刻 9
表1-2不同蝕刻液比較[19] 10
1.3 論文研究目的及內容 12
第二章 微沖壓模具設計與有限元素分析 14
2.1微沖壓模具設計 14
2.2 DEFORM有限元素軟體介紹 17
2.3材料試驗 22
2.3-1拉伸試驗 22
2.3-2 摩擦試驗 24
2.4 沖壓模擬結果 26
2.4-1有限元素之收斂性分析 26
2.4-2 平坦型與尖角型網格數收斂性分析結果 27
2.4-3 平坦型與尖角型網格數摩擦係數分析結果 32
2.4-4 破壞係數模擬結果 35
第三章 厚膜光阻應用於微沖壓模具製作 38
3.1 厚膜光阻KMPR1050 38
3.2 厚膜光阻微影製程 39
3.3 光阻模與電鑄翻模製作結果 45
3.4製程問題與討論 50
3.4-1 光阻結構剝離 50
3.4-2 光阻殘留 52
3.4-3 模具光阻殘留 52
第四章 濕式蝕刻應用於微沖壓模具開發 54
4.1蝕刻製程 54
4.1-1 SU8-2002幕罩材料與B.O.E蝕刻製程步驟 54
4.1-2非等向性矽蝕刻 56
4.2 微影製程 59
4.3 光阻模仁與電鑄翻模製作結果 60
4.4 製程問題與討論 64
4.4-1 光阻殘留 64
4.4-2 電鑄失敗 65
第五章 微沖壓模具沖壓測試 67
5.1沖壓實驗 67
5.2 平坦型微沖壓模具沖壓測試 68
5.2-1刃寬15m與10m沖壓測試結果 68
5.3尖角型微沖壓模具測試結果 76
5.3-1刃寬15m與10m沖壓測試結果 76
第六章 結論 84
6.1完成事項與討論 84
6.2現有困難與未來展望 85
參考文獻 87
附錄A 平坦型不同模具深度成形負荷比較 90
附錄B 新沖壓實驗負荷與實驗校正 92
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