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璃與模具鍍膜之間的關係進行研究。如果可以在熱壓前可以得知玻璃與鍍 膜層的沾黏情況,便可以大幅降低測試鍍膜材料所需的時間。
1.2 玻璃熱壓技術
傳統的玻璃透鏡製作需要通過多道次的研磨拋光,這不僅會減少研磨刀 具的壽命,也使加工的時間增加,使成本上升。而對於非球面透鏡的加工,
一般的研磨方式更是無法進行。而玻璃熱壓技術可以把傳統加工的多道次 研磨拋光過程變為一道次的模造成形,能大幅降低透鏡加工的成本,而此 方法也可以用作非球面鏡或具複雜外形透鏡的加工。
為了使玻璃和模具在熱壓過程中避免受到氧化的影響,因此玻璃熱壓 圖 1-1 傳統玻璃透鏡製作技術與玻璃模造技術比較[1]
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目前使用之主要抗沾黏薄膜形成方法,主要可分為物理(Physical vapor deposition,PVD)與化學氣相沉積(Chemical vapor deposition,CVD),如圖 1-4 所示。PVD 是指在真空環境中,藉由熱的蒸發或離子撞擊等濺鍍,使自
Heating Embossing Cooling Demolding
Upper mold
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6 應也會提高。此外,Pt-Ir 複合膜在抗沾黏性上優於 Pt-Ir 多層膜。Kyle[11]
在其論文中指出成本較低之 SiN 薄膜在玻璃熱壓也有一定的抗沾黏性,並 指出主要影響沾黏的主要因素有保壓時間、冷卻時間和壓縮高度。
在材料的沾黏分析中,已有學者利用固體表面自由能對所製鍍的薄膜進行 分析,而表面自由能需先得知固-液間的接觸角大小,再透過公式計算求得。
Zhao[12]在 304 不銹鋼製鍍類鑽石膜(DLC)和四面體非晶碳(ta-C)膜並進行 接觸角實驗,同時以不同的方法計算其表面自由能,結果發現其表面自由
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能的變化會隨着温度升高而下降。Chang [13]以磁控濺鍍法製作 NiP、CrN、
NiP/CrN 多層膜和 NiCrN 多層膜,在熱壓實驗後發現 NiP、NiP/CrN 薄膜都 會發生相變化,而 CrN 在高温熱壓後較稳定,沒有相變化發生。而在抗沾 黏性與薄膜附着性方面,CrN 都優於其它薄膜。Sun [14]利用非平衡磁控濺 鍍法製作出 TiN、TiMoS、ZrN、CrC、CrN、NiCr、NiCrN、CrTiAlN 和 CrNiTiAlN 薄膜,並透過接觸角的大小來判斷固體表面自由能的大小,並指 出表面自由能越低時,其鍍膜層與 IC 封裝材料 EMC (Epoxy Molding Compund)的沾黏程度越低,鍍膜層的表面粗糙度越低時,表面自由能也會 越低。Sun[15]利用非平衡磁控濺鍍法製作出 CrNX 薄膜,並通過高温接觸 角實驗測試薄膜在高温狀態下接觸角的變化。實驗結果表示在(200)晶格取
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本降低。因此本研究的目的,將先製作出成本較低且具有一定抗沾黏性的 薄膜,以達到降低成本的目的。另外,因目前尚無能在熱壓前可判斷薄膜 與玻璃發生沾黏的方法,因此本研究也希望透過計算薄膜的表面自由能,
以判斷玻璃沾黏與薄膜表面自由能的關係。
1.6 研究方法
由於在文獻中得知有學者透過固體表面自由能的計算,證明其鍍膜材料 可以通過表面自由能的大小來判斷 IC 封裝材料 EMC 與模仁鍍膜材料之間 的沾黏關係。因此本研究也希望透過固體表面自由能的大小來判斷所製鍍 薄膜與玻璃之間在高温熱壓後的沾黏關係,而使用的鍍膜方法為脈衝磁控 法,此鍍膜方法有沉積速率快、薄膜緻密性高、鍍膜材料選擇性高等優點。
研究中通過參考文獻,選擇了 CrN 與 SiN 作為研究所使用的薄膜,薄膜製 作後會先量測其接觸角,再作表面自由能的計算,之後再通過玻璃接觸與 玻璃熱壓實驗來觀察薄膜的抗沾黏性,最後再與表面自由能的數據作比 對,以觀察薄膜的表面自由能與玻璃沾黏之間的關係。
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接觸角的基礎理論是Thomas Young 在1805年提出的Young’s Equation [16]所描述,如(2-1)式所示。其中γL 為液體和氣體間的表面張力(surface tension),γS 為固體和氣體間的表面自由能(surface free energy),γSL 為固 體和液體間的介面能, θ為固體與量測液體間的接觸角(contact angle)。 其中Wad為附着功(work of adhesion),接着把將式(2-1)代入後得
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