第五章 結論與未來展望
5.2 未來展望
1. 本研究所使用之熱壓設備能控制之參數有限，如能進行設備改良， 增 加實驗過程可控制之參數，如熱壓溫度與壓印力對應之多階控制等，將 可改善微結構成形之製程問題。
2. 本研究進行之熱壓實驗，降溫時間幾乎佔掉整體製程時間，因此如能在 降溫過程中充入大量氮氣輔助降溫，將可大幅縮短製程時間。
3. 本研究在玻璃熱壓製程的過程中，由於現階段還未找出有效將試片與模 仁對心之方法，造成實驗結果之微結構轉印皆有偏心之現象，如能改善 此問題找出試片與微結構模仁之對心方法，將可提升成品之完整性。
4. 玻璃熱壓為低成本量產光學玻璃元件之重要技術，在玻璃微結構元件的 製作上更有其優勢，雖然目前研究主要為小尺寸之光學玻璃微結構元件，
未來如能朝向大尺寸元件的製作，如太陽能集光器等大型光學元件，相 信應用範圍會有更寬廣的發展。
5. 玻璃熱壓微結構製程如能搭配超音波輔助成形進行設備之改良，在熱壓 過程中施加超音波於玻璃試片表面，將可增加微結構之填充性與成品完 整性。
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A.附錄 A 玻璃碳加熱與熱壓實驗
玻璃碳材料實驗分為加熱與熱壓實驗兩種；加熱實驗流程有升溫、降 溫、觀察結果等三個步驟；熱壓實驗流程則為升溫、保溫加壓、降溫、觀 察結果等四個步驟，實驗流程示意圖分別如圖 A.1 和圖 A.2。
圖 A.1 玻璃碳加熱實驗流程圖
圖 A.2 玻璃碳熱壓實驗流程圖
實驗所使用模仁為SPI 公司生產型號 SPI-Glas™ 10 之玻璃碳材料，尺 寸為長寬各 10mm、高 2mm 的片狀模仁，外觀如圖 A.3，其性質如表 A.1 所示。
圖 A.3 玻璃碳外觀 表 A.1 玻璃碳的性質[25]
玻璃碳(Glassy Carbon)
密度(g/cm3) 1.54
最高工作温度 (°C) 1100
開放式孔洞 (%) 0
滲透係數 (cm2/s) 10-11
維氏硬度 (HV) 340
撓曲强度(N/mm2) 210 耐壓强度(kN/mm2) 580 楊氏係數 (kN/mm2) 35 熱膨脹係數 (20 - 200°C)， (1/K) 3.5 x 10-6
熱傳導率 (30°C), (W/(K.m) 4.6
本材料實驗所使用的玻璃試片為 Ohara 公司所生產之編號 L-BAL42 玻
L-BAL42
折射率nd 1.583
加熱與熱壓實驗依環境氣氛則分成三個部分進行，第一部分為在大氣 下將玻璃試片置於玻璃碳模仁上進行加熱實驗；第二部分為在真空下進行 加熱實驗與熱壓實驗；第三部分為真空下進行熱壓實驗，並於降溫時充氮 氣降溫，最後由上述三階段實驗進行探討。
（一）大氣下加熱實驗
實驗方法為將玻璃試片置於玻璃碳模仁上直接進行加熱實驗，共進行 兩次實驗，各加熱至538℃和 568℃，實驗結果由表 A.3 所示。
表 A.3 玻璃碳模仁和 42 玻璃試片加熱實驗結果 加熱溫度 玻璃碳模仁 L-BAL42 氣氛
加熱實驗 568℃ 大氣
加熱實驗 538℃ 大氣
（二）真空下加熱與熱壓實驗
實驗方法為將玻璃試片置於玻璃碳模仁上，進行真空中加熱與熱壓實驗，
並於模仁降溫至100℃以下才進行填充氮氣降溫與破真空，其中兩次熱壓實 驗參數如表 A.4，實驗結果如
表 A.5 所示。
表 A.4 真空環境玻璃碳模仁熱壓 L-BAL42 實驗參數 玻璃材料 L-BAL42 升溫時間 15min
模仁材質 Glassy Carbon
持溫時間 8min 壓印力(N) 1960
模造氣氛 真空 壓印速率
(N/min)
490
表 A.5 真空環境玻璃碳模仁熱壓 42 玻璃試片實驗結果
加熱溫度 加壓尺寸 玻璃碳模仁 L-BAL42 氣氛
加熱實驗 556℃ 0mm 真空
熱壓實驗 578℃ 1.3mm 真空
熱壓實驗 568℃ 1.3mm 真空
（三）真空下加熱與熱壓實驗，並填充氮氣降溫
實驗方法為將玻璃試片置於玻璃碳模仁上，進行真空中加熱與熱壓實 驗，並於模仁降溫時進行填充氮氣降溫與破真空，其中熱壓實驗參數同表 A.4，實驗結果如表 A.6 所示。
表 A.6 真空中玻璃碳模仁熱壓 42 玻璃氮氣降溫實驗
B. 附錄 B 熱壓實驗模仁夾具設計
圖 B.1 微結構熱壓實驗模仁夾具尺寸圖(mm)
圖 B.2 微結構熱壓實驗模仁夾具-墊片尺寸圖(mm)
C. 附錄 C 模仁剖面與白光干涉儀量測
本研究使用線切割剖面pitch=0.25mm 之微結構模仁，再使用光學顯微 鏡量測微結構尺寸，光學顯微鏡觀測如圖 C.1，將量測之數值整理後與設 計值和表面粗度輪廓儀量測結果進行比較，比較結果如圖 C.2，可得出剖 面量測之微結構尺寸大小介於設計值和表面粗度輪廓儀量測值，但由於使 用線切割仍然會造成切割面有毛邊產生，造成剖面尺寸之誤差，因此剖面 量測之數據還是有一定誤差存在，但可推測實際尺寸應介於設計值與輪廓 儀量測值之間。
圖 C.1 線切割剖面模仁顯微鏡觀測圖
使用白光干涉儀量測 pitch=0.25mm 模仁時，僅能量測到最中間三環之 Fresnel 結構尺寸，白光干涉儀量測如圖 C.3，量測之結果如表 C.1 所示，
圖 C.3 白光干涉儀量測圖
表 C.1 白光干涉儀量測結果
設計值(μm) 白光干涉儀量測值(μm)
第一環 2.8 2.81
第二環 8.5 8.5
第三環 14.2 14.15
附錄 D 微結構熱壓實驗參數一覽表
模仁材料: 微結構 pitch=0. 5mm Ni-Co 合金 表面鍍 Pt-Ir 硬膜層(未含 Cr 中介層)
460℃ 5min 20min 50N 15s 130℃ 氮氣 1mm
460℃ 5min 20min 50N 15s 130℃ 氮氣 4mm
450℃ 5min 20min 50N 15s 130℃ 氮氣 1mm