第一章 緒論
1.2 文獻回顧
1.2.2 放電加工技術成形精微探針及應用
如第 1.2.1 節所述，現今生醫用途的探針，在製程方面，多以微機電技 術、雷射加工技術、矽晶圓切割技術或 3D 快速原形技術等製作而成。回顧 過去，在學術界及工業界，對精微探針的製作，除上述加工技術及腦波量 測用途之外，亦有多人提出相關的技術及應用，如下所述。
Hu(2009)等人[21]以微光刻電鑄模造製程(Lithographie Galvanoformung Abformung, LIGA)結合精微放電加工技術成形微陣列探針，應用於晶圓偵 測。其製程先於矽晶圓塗上一層較厚的 SU-8 光阻後，進行蝕刻顯影，再利 用銅電鑄製程形成造型陣列微孔，製作流程如圖 1-19(a)所示；陣列造型微 孔如圖 1-19(b)所示，後續將此造型微孔作為放電加工用電極，以鋼料為基 材，以放電加工技術製作深寬比(Aspect-ratio)為 17.65 的陣列探針，如圖 1-20 所示。LIGA 製程雖可任意製作複雜造型微孔，但於此文獻中，需塗上大量 厚度 SU-8 光阻及銅鑄層，以成形深孔造型，故製程時間較長。
(a) LIGA結合Micro-EDM製作流程 (b) 陣列式造形微孔 圖 1-19 精微放電加工技術製作陣列式造形微孔[21]
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(a) 陣列微孔電極 (b) 陣列探針製作 圖 1-20 精微放電加工技術製作陣列探針[21]
Zeng(2012)等人[22]，先以精微線切割放電加工技術製作 10×10 微陣列 探針，如圖 1-21(a)所示，探針寬度 30µm；高度為 600µm，探針之間距離 為 70µm，後續，將此陣列探針倒置，作為工具電極，以雕模放電加工技術 製作陣列微孔，如圖 1-21(b)所示，可應用於汽車柴油引擎噴嘴。因放電加 工會產生放電間隙，故單孔洞寬度約為 50µm，如圖 1-21(c)所示。利用此項 製程技術，雖能快速製作陣列微孔，但製作微孔所需的電極，係採用線切 割放電加工，因此，其製備過程耗時。
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(a) 10×10 微陣列電極
(b) 微陣列孔洞 (c) 微陣列孔洞放大圖 圖 1-21 以微線切割放電加工技術製作 10×10 微陣列電極[22]
Yuangang(2009)等人[23]於精微雕模放電加工中，進行電極磨耗的探討。
研究中，係採工具電極為陽極的設置，故可視為精修製程，因此，電極的 磨損情形極為嚴重，如圖 1-22(a)所示。為改善磨耗情形，Yuangang 等人於 銅電極(基材)外，鍍上一層二氧化鋯，並以銅作為結合劑，因二氧化鋯與銅
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的導電性相同，透過鍍層到基材的放電能促使熱能改變，也能提升電極硬 度，使銅基材不易磨損，如圖 1-22(b)所示，後續進行放電加工後，驗證覆 層二氧化鋯之電極具有較少的磨耗，如圖 1-23 所示。
(a) 工具電極磨耗情形 (b) 工具電極覆層二氧化鋯 圖 1-22 放電加工之工具電極磨耗及改善方法[23]
(a) 放電加工後之電極磨耗比較 (b) 覆層二氧化鋯之實體電極 圖 1-23 覆層二氧化鋯後之工具電極[23]
Maradia(2012)等人[24]將雕模放電加工的技術應用於中精微尺度工件 的加工(Meso-micro machining)，係為工件面積介於10mm2~1mm2之加工，
研究中提到，為改善電極磨耗，一般係採用多支電極將工件加工完成，如 圖1-24(a)所示。而Maradia等人於放電加工前，係將電極先進行火花放電腐 蝕(Spark erosion)，使電極表面因腐蝕而形成一氧化膜層，進而增加電極強
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度，研究結果，利用腐蝕後直徑0.8mm，長度18mm之工具電極，進行放電 後，電極直徑磨耗量僅為20μm；長度磨耗量僅為30μm，如圖1-24(b)所示。
(a) 多支工具電極成形產品 (b) 放電腐蝕後之電極磨耗情形 圖 1-24 放電加工之工具電極磨耗[24]
Klocke(2013)等人[25]利用不同種類的石墨電極，進行材料移除率及電 極磨耗的探討，於放電加工中，Klocke等人發現放電電流顯著影響材料移 除率，如圖1-25(a)所示，是因電流增強，使放電能量及材料移除率增加，
因此，短時間內進行高頻的放電會增加材料移除率；此外，放電時間(Pulse duration)則顯著影響電極磨耗，如圖1-28(a)所示，但電極磨耗竟出現負值，
則是因為在放電過程中，放電殘渣沉積於電極表面，而形成一層氧化膜，
如圖1-25(b)所示。
(a) 放電電流與放電時間探討 (b) 放電殘渣沉積於電極上 圖 1-25 放電加工之電極磨耗量與材料移除率探討[25]
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楊士緯(2013)等人[26]以精微線切割放電加工技術，於碳化鎢材料切割 高深寬比微細探針，用於高深寬比的微細結構探測，如3D-IC電路的檢測。
製作過程中搭配壓電陶瓷材料(Piezoelectric ceramic material)，以高頻振動 (High-frequency vibration)輔助精微線切割放電的加工方法，可幫助排渣並 減少加工中二次放電的發生造成短路現象，壓電陶瓷的振動方向及放電殘 渣排除機制如圖1-26所示，製作完成的10×10陣列探針如圖1-27(a)所示，尺 寸為23×23×2,500μm的細長比高達104的精微陣列式探針，因此探針可應用 於3D-IC電路的檢測，故後續亦將探針作造形設計，如圖1-27(b)所示，以提 升探測時探針的撓性。
(a) 壓電材料振動方向示意圖 (b) 放電殘渣排除機制 圖 1-26 壓電陶瓷振動方向與放電殘渣排除機制[26]
(a) 高細長比精微陣列探針製作 (b) 高細長比精微探針造型製作 圖 1-27 高細長比精微探針[26]
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上述所列技術，某些需耗昂貴設備費用、或具腐蝕汙染的環保問題、
或加工效率低，或局限於矽基材料使用。為快速且精密製作用於生醫檢測 人類腦波訊號的「內皮層陣列腦波探針」，本研究提出一種複合式精微電加 工法，以螺旋放電加工(火花腐蝕)與鍍銀技術，進行腦波探針的快速製作。
透由精微放電加工的電極搖動與啄鑽運動，可獲致精確的金屬移除量，可 快速製作內皮層腦波陣列探針。以微放電加工法製作腦波陣列探針，針體 表面雖形成連續的粗糙放電坑，造成凹凸不平的表面，但此表面性狀恰能 提供針體對腦部皮層組織足夠的摩擦力，使探針不易從檢測的皮層組織體 中脫落，如此，便可獲得清晰的腦波訊號。