研究背景

微/次微米結構的射出成形特性暨 可自發熱模仁的發展與應用

一、 序論

1.1 研究背景

自 1960 年代以來，電子元件的研究開始往電路微小化、集積化的方 向發展，至今所謂的積體電路技術已有很大的進步，它使得生活中的各項 電子元件的體積愈變愈小，功能愈來愈多，深植於人類日常生活中。由於 元件微小化的需求，促成微元件、微機電系統的發展。

1980 年 代 前 後 ， 微 機 電 系 統 (micro-electro-mechanical system;

MEMS) 的發展在世界各地備受矚目，其發展理念是利用半導體製程技術 改進傳統的加工方式，試圖將各種機械和電子整合的元件微小化，以應用 於流體混合、生物醫學等技術，由於應用層面生活化被期望能成為繼半導 體工業之後的另一項革命性技術。近幾年，更由於奈米技術觀念的興起，

微機電系統有更朝向微/奈米機電系統發展的趨勢。

發展微/奈米元件或系統的基礎，乃在於必須具有妥適的微/奈米結構 創製技術。在微/奈米科技的領域中，能達到將系統結構微小化的製程有很 多種。從加工製造技術層面而言，其主要微製造技術有四：半導體製程技 術(semi conductive process) 、 光 刻 電 鑄 模 造 技 術 ( 德 文 ： lithographie gavanoformung Abformung; LIGA)、微機械加工技術(micromachining)以及 掃瞄探針顯微鏡操縱技術(manipulation of scanning probe microscopy)。

矽基微加工技術源自於半導體積體電路(integrated circuit; IC)製程，在 微加工元件之厚度、時間、製程環境與成本，會受到極大的限制。例如沉 積薄膜厚度問題，當超過 3µm 的沉積厚度時，容易因應力而造成薄膜破 裂。為了改善矽基加工技術的高溫製程、材料選擇、結構深寬比等限制，

故發展出非矽基微加工技術，包括LIGA 製程、微機械加工技術、高分子 微加工技術及低溫製程之特殊材料技術。

微/奈米元件除了強調特有的結構性能，如光學性質、導電性及導熱性

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外，為了支援結構強度或增加元件的物理特性，結構體必須朝著高深寬比 (high aspect ratio)、奈米尺度等三維形狀發展，致使微系統 LIGA 製程日益 受到重視。此製程結合了光刻術、電鍍鑄模及微成形模造量產技術，可應 程為 X 光深刻(lithography)、電鑄(electroforming)和微成形(micromolding) 三項工程所構成。在這主要的三項工程中，X 光深刻技術可以製造出高深

微成形(micro molding)是泛指利用模具(mold, die)來進行微結構的創 形或複製。實際上，必須依據成形對象的材料種類、尺寸與形狀上的特徵，

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熱壓法是在熱壓機的上下兩壓板間置入微結構模仁與塑膠板材或覆 膜，並在該塑膠材料的玻璃轉換溫度(glass transition temperature)以上的高 溫，由上下壓板對塑膠材料施予壓力迫使熔融塑膠流入模仁的模穴內，而

- 4 - 材料流動率高(high flow rate)、流動距離長、低的功率損失、各項量測準確、

循環時間短、壓力高等特點，特別適合用在高深寬比的微細結構的成形。

自 1978 年德國 Karlsruhe Nuclear Research Center 的 Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT)發展出用以製造微結構的 LIGA 技術[1]，因其基 礎及應用涵蓋工程、科學、生物醫學之應用，引起科學研究各界的注目。

LIGA 技術的標準製程如圖 1 所示，首要步驟是在晶片上形成導電的種子 層，隨後在表面塗佈光阻(PMMA)，以 X 光穿過光罩(mask)對光阻曝光後，

使 光 阻 產 生 交 鏈(cross linking) 或 解 離 (decomposition) 的 結 構 ， 在 顯 影 (development)後，可得含有結構圖形(pattern)之塑膠模板。第二步驟是使用 電鑄技術使金屬以離子的形式沈積在具微結構模板內，移除模板後，即可 得所需的金屬微結構模仁。第三步驟是利用微成形技術，如射出成形、熱