第三章 創新型微光學增光分色片之製程
3.6 微增光分色片之微射出成型
3.6.1 實驗設備與模具設計
第二年度的雙面微結構與一模多穴的微射出製程研究，主要以新購入的日本 全電式微射出成型機（FANUC ROBOSHOT α-15i）進行實驗，其外觀如圖3-19 所示。此射出成型機為一高度自動化之設備，具有閉迴路系統，操作者可以藉由 電腦視窗編輯成型參數與程序，直接改變射出速度、射出壓力、射出體積、射出 溫度、鎖模力等參數，並於充填中直接量取實際值，是一精密、高速之微射出射 出成型設備。
射出模具部分，本實驗所使用之模具為台灣日勁公司所加工製造，模座材料 為S60C，微模具材料為 NAK80。模具設計如圖 3-20所示。
圖3-19 FANUC ROBOSHOT α-15iA 微射出成型機
活動側 固定側
7 8
1. 微模具 2. 中間模穴成型板與微模具定位銷 3. 頂出銷 4. 埋熱電偶溝槽 5. 模仁定位銷 6. 模仁固定用鳩尾槽 7. 中間模穴板鎖緊機 8. 注料口
(a) 公母模正視圖
俯視圖
3 側視圖
2
1. 隔熱板 2. 微模具 3. 厚度控制板
(b)模具組立圖
冷卻水道
電熱管
(c) 微模具三視圖(Unit：mm) 圖3-20 雙面微結構超薄件之模具設計
此設計可分為兩個組成部分，一部份是標準模座，另一部份是微模具。在微 模具與模座配合部分，中間必須用絕熱板隔開，以避免微模具上之熱量傳導至模 座及射出成型機上。模座上之固定側模板有兩塊厚度控制板，可加上不同厚度之 精密墊片來控制所需之模厚，避免微模具在射出成型時承受局部壓力而變形。
微模具設計可分成活動側模板、固定側模板、中間模穴成型板三個部分。在 微模具活動側與固定側模板上靠近模仁處，設計各有兩支電熱管，在電熱管後方 設計有冷卻水道，靠近兩模壁面成型區附近，亦加工溝槽埋入熱電偶，若再搭配 溫度控制器，即可形成一變模溫控制系統，有助於成型及製成時間的縮短。為達 到射出成品之雙面具有微結構，活動側及固定側模板皆設計有可放置模仁的鳩尾
槽（長 80mm、寬 25mm、深 0.3mm、傾斜角為 45°）與模仁定位銷。而在活動 側模板上設計有一鎖緊機構，可將中間模穴成型板固定在活動側模板上，當開模 頂出成品時，不至於脫落。
3.6.3 晶片尺寸-雙面微結構微射出成型製程研究
本研究主要針對一模四穴雙面微結構超薄件之成型做探討，其成品微結構排 列配置如圖 3-21 所示。一面是微透鏡(micro lens)，另一面是微光柵(micro grating)，圖 3-22 為雙面微結構件橫截面示意圖。藉由此雙面微結構的結合，可 以達到增光、分光的作用。
圖3-21 雙面微結構排列配置圖
Pitch
Diameter(25µm) Height
Thickness
Lens
Grating (2.8µm)
(3µm) (1µm)
圖 3-22 雙面微結構件橫截面示意圖
本研究團隊已成功開發一模多穴超薄雙面微結構微射出成型技術，成品厚度 在100µm 以下(最小成品厚度為 30µm)，其材料成型特性與製程操作窗如圖3-23、 圖3-24所示。
對於厚度100µm 超薄件來說，三種材料操作窗大小差不多。但是 PS 成型所 需之模溫及射速最低，最易成型；PMMA 需要較高的模溫才能成型；PC 需要在 非常高的射速下方能成型。而且表面有微結構之雙面微結構成型操作窗相較於無 微結構成型窗有往左邊移的趨勢，表示藉由再次提高射出速度就能成型，而模溫 的影響效應就不是非常明顯。而隨著成型模穴厚度愈薄，成型所需之模溫及射速 就要愈高。對於模穴厚度在 60µm 以下，操作窗極小，成型相當困難，需要在更 高的製程參數才能完成充填。對於厚度極薄之成型模穴而言，表面微結構的存 在，會增加流動阻力，影響成型性極大。深寬比愈大之微結構射出品容易造成脫 模不易的現象。
40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Injection Speed (mm/sec)
40
Mold Temperature (0C)
Operation Window 4 Cavities Thickness = 100µm
PS without features PS with features PMMA without features PMMA with features
short shot
short shot
flash serious (void)
flash serious flash serious
flash serious (void) PC without features PC with features
short shot flash serious flash serious
60um without features
60um with features flash serious
flash serious
or sh ho t s t
圖3-23 不同塑膠之無微結構與雙面微結構件成型操作窗之比較
0 20 40 60 80 100 120 140
Injection Speed (mm/sec) 0
Mold Temperature (0C)
Operation Window 4 Cavities Material : PS
250um without features 250um with features 100um without features 100um with features
or sh ho t s t
flash serious
flash serious (void) flash serious (void)
or sh
t sho
t flash serious
圖3-24 不同厚度之無微結構與雙面微結構件成型操作窗之比較