專利名稱：制作微型刀具與立體微結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制作微型刀具與立體微結(jié)構(gòu)的方法，特別是指一種利用微型刀具采用刨削或銑削方式在平面狀被加工物上成形出微型立體結(jié)構(gòu)的制作微型刀具與立體微結(jié)構(gòu)的方法。
在光纖通訊、光電顯示領(lǐng)域中，常常必須要以機械加工或者是以化學(xué)蝕刻方式制作微型機械裝置，該微型機械裝置通常于表面具有立體的三維(3D)微結(jié)構(gòu)，例如液晶顯示器的背光模組、前光模組(fresnel lens)、光柵(blazedgrating)、光柵型DWDM上的V型溝槽(V-groove)、U型溝槽(U-groove)等平面上的3D微結(jié)構(gòu)。
通常用以加工該類型的3D微結(jié)構(gòu)的方法，不外乎傳統(tǒng)的機械加工及化學(xué)蝕刻等二種方法。其中，使用機械加工的，其主要是使用切削刀具在被加工物的表面上切削出所需要的立體微結(jié)構(gòu)的形狀，在使用機械加工時，該種微結(jié)構(gòu)的尺寸與形狀的精度是完全取決于刀具及加工機械的精度，然而一般機械加工其精度通常只能夠達到百分之一厘米的精度，而較為精密的機械充其量也只能夠達到千分之一厘米的精度，因此用機械加工方法所制造出來的立體微結(jié)構(gòu)，其精度無法符合現(xiàn)今光纖通訊與光電顯示產(chǎn)品所要求的精度。而且，傳統(tǒng)機械加工方法使用的成型刀具也必須用機械研磨的方式制造出來，如圖9所示，在成型刀具1的尖端1A及凹角1B的部份，因為受限于研磨刀具工具的限制，通常都會留有部份的圓角，使得該尖端1A與凹角1B的部位無法成為完全的尖銳形狀，會形成弧形，因此使得成型刀具1所加工出來的立體微結(jié)構(gòu)在尖角或是凹槽的內(nèi)轉(zhuǎn)角位置也無法達到絕對的尖銳形狀，會留有部份的弧形，影響到了立體微結(jié)構(gòu)的尺寸精確性，同時立體微結(jié)構(gòu)的數(shù)目極多形狀亦多樣化，如前導(dǎo)光板的V型溝槽可達數(shù)千至數(shù)萬條，而背光模組導(dǎo)光板的微結(jié)構(gòu)有半球形、金字塔形，使得成型刀具的制作更加困難。
另外，用化學(xué)蝕刻方法所制作的立體微結(jié)構(gòu)，是于被加工物的表面以光阻微顯影的方式先顯影出立體微結(jié)構(gòu)的一部份形狀，然后以化學(xué)藥劑蝕刻將該被加工物再一次地微影出另外一道溝槽的光阻圖案，然后再蝕刻出另外一道溝槽的形狀，如此反覆地在被加工物的表面重復(fù)進行微顯影及蝕刻的工序，才能夠在被加工物的表面制作出立體的微結(jié)構(gòu)。例如

圖10至圖15所示，要使用蝕刻方法制作出一個類似fresnel lens之類的復(fù)雜微結(jié)構(gòu)形狀時，必須要先在被加工物2的表面涂上光阻劑3，然后微影出一道溝槽的光阻圖案4(如圖11所示)，然后如圖12所示地以化學(xué)藥劑蝕刻出一個溝槽5，然后再如圖13所示地重復(fù)再于被加工物2的表面涂上光阻劑3，再如圖14所示地于溝槽5的旁邊蝕刻出另外一道深度不同的溝槽5A，如此經(jīng)過多次的蝕刻程序，在被加工物2的表面制作出多道不同深度的溝槽，如此方可通過該若干溝槽組合出一個立體的微結(jié)構(gòu)，而形成一個如圖15所示的fresnel lens的構(gòu)造。
然而因為化學(xué)蝕刻方法在制作某些形狀較為復(fù)雜的立體微結(jié)構(gòu)時，由于立體微結(jié)構(gòu)通常其形狀相當(dāng)復(fù)雜，因此，必須要經(jīng)多次的微顯影及蝕刻的程序方能夠成形，因此使得以化學(xué)蝕刻方式制作出來的微結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)速度相當(dāng)緩慢，使其不能適合于大批量生產(chǎn)，且使其制造成本相當(dāng)昂貴，蝕刻的表面為階梯狀，無法制作連續(xù)的斜面或曲面。由于以上的原因，使得現(xiàn)有的用以制作立體微結(jié)構(gòu)的技術(shù)手段在使用上存在相當(dāng)大的缺點。
本發(fā)明的主要目的在于提供一種微型刀具的制作方法，它可增加微型刀具形狀的多樣化，提高微型刀具的尺寸精度，從而克服傳統(tǒng)機械加工方法制作微型刀具的缺點。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種制作微型刀具與立體微結(jié)構(gòu)的方法，它可以用機械加工方法快速大批量生產(chǎn)立體微結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種制作立體微結(jié)構(gòu)的方法，包括下列步驟a.以微影方法制作一用以成形立體微結(jié)構(gòu)的成型刀具的光刻模；b.以電鑄方法于該光刻模中成形一微型刀具；
c.將該微型刀具安裝在一加工機床上，并利用該微型刀具對一被加工物進行切削，于該被加工物表面成形一與該微型刀具具有相對應(yīng)形狀的立體微結(jié)構(gòu)。
該微型刀具以線性切削方式在該被加工物上進行切削。
該微型刀具以旋轉(zhuǎn)方式在該被加工物上進行切削。
該微型刀具的材料是選擇高硬度材料。
高硬度材料為鎳或鎳鐵合金或鎳鈷合金或鎳鎢合金或鎳與碳化矽合成材料。
一種用以制作立體微結(jié)構(gòu)的微型刀具的方法，微型刀具具有與前述立體微結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的切削刃口形狀，該微型刀具通過在一平面基板上以微影方式制作一與該微型刀具具有相同形狀的光刻模，然后以電鑄方式于該光刻模中成形該微型刀具。
該微型刀具的材料是選擇高硬度材料。
高硬度材料為鎳或鎳鐵合金或鎳鈷合金或鎳鎢合金或鎳與碳化矽合成材料。
該微型刀具以線性切削方式于該被加工物上進行切削。
該微型刀具以旋轉(zhuǎn)方式于該被加工物上進行切削。
本發(fā)明的上述技術(shù)手段，與現(xiàn)有的機械加工方式所制作的立體微結(jié)構(gòu)相比，由于其使用的微型刀具30是用微影光刻模及電鑄的技術(shù)手段制造而成，使得該微型刀具30具有極佳的尺寸與形狀精度，而且由于該微型刀具并非使用機械加工方式制造而成，因此其不會受限于機械加工方式必然會在刀具的尖角與內(nèi)轉(zhuǎn)角的位置留下圓弧形狀的缺點，所以使得以本發(fā)明所制作出來的微型刀具可以加工出具有尖銳尖角或是尖銳內(nèi)轉(zhuǎn)角的形狀的立體微結(jié)構(gòu)。
再有，本發(fā)明與現(xiàn)有的以化學(xué)蝕刻方法制造立體微結(jié)構(gòu)的技術(shù)相比，由于其是使用微型刀具30進行立體微結(jié)構(gòu)的加工，而該微型刀具30可以在同一道切削程序中，加工出立體微結(jié)構(gòu)的全部形狀，因此能夠避免現(xiàn)有的化學(xué)蝕刻方法必須多次重復(fù)地曝光與蝕刻的程序方能夠做出立體微結(jié)構(gòu)的形狀的缺點，且其還能夠以機械加工方式快速而方便地進行連續(xù)的重復(fù)性生產(chǎn)工作，因此使得本發(fā)明的方法可以大幅地提高立體微結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)速度，并降低其生產(chǎn)的成本。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述及其它目的，其所采用的技術(shù)手段、元件及其功效，茲采用一較佳實施例配合相關(guān)圖式詳細說明如下。
圖1至圖5為本發(fā)明使用的微型刀具的制作流程及制作方法的示意圖。
圖6為本發(fā)明使用的微型刀具的立體圖。
圖7為利用本發(fā)明的微型刀具以線性(fly cutting)進行切削的實施例的立體圖。
圖8為利用本發(fā)明的微型刀具以旋轉(zhuǎn)路徑進行切削的實施例的立體圖。
圖9為現(xiàn)有用以制作立體微結(jié)構(gòu)的刀具刀口形狀示意圖。
圖10至圖15為現(xiàn)有的以光學(xué)蝕刻方法制作立體微結(jié)構(gòu)的方法的制作流程示意圖。
本發(fā)明的方法，主要是用光刻鑄模(LIGA technology)的技術(shù)，以電鑄方式制作出一微型刀具，然后將該微型刀具垂直于被加工物的表面，然后用線性切割(fly cutting)或是銑削的方式在被加工物的表面成形出一個立體微結(jié)構(gòu)。由于該微型刀具是用光刻模方式制作形成，因此其形狀及尺寸是完全取決于光阻微影的精度，因此使得該微型刀具具有相當(dāng)高的尺寸與形狀的精確度，且使其所加工出來的微結(jié)構(gòu)的尺寸與形狀的精度提高。
本發(fā)明的制造流程如圖1至圖5所示，其主要是先用光刻模方式制作一微型刀具，如圖1所示，先在一平面基板(Substratr)10上涂上一晶種層11(seed layer)，然后再于晶種層的表面涂上光阻劑(photoresist formation)20，然后如圖2所，用微影(lithography)的方式在光阻劑20上顯影，使得光阻劑20形成一光阻圖案，構(gòu)成一個可用以成形前述微型刀具的光刻模21。如圖3所示，該光刻模21的形狀與微型刀具的平面形狀相同，而且其形狀是取決于使用的光罩(mask)的形狀，所以使得本發(fā)明可以做出形狀相當(dāng)復(fù)雜的微型刀具，且使得刀具的尺寸與形狀的精度完全取決于光罩的形狀與尺寸的精度。
如圖4所示，當(dāng)光阻圖案形成后，可利用電鑄(electroplating)方法在該光刻模21內(nèi)成形一微型刀具30，電鑄材料可選擇鎳(Ni)、鎳鐵合金(NiFe)、鎳鈷合金(NiCo)、鎳鎢合金(NiW)及鎳與碳化矽(SiC)的混合材料，其選擇的條件是其物理特性可以通過電鑄方法成形，且必須具有相當(dāng)?shù)挠捕?，以便于作為切削材料。如圖5所示，當(dāng)電鑄完成后，將該微型刀具30從電鑄模上取下，如圖6所示，該微型刀具30的形狀與前述光阻圖案21的形狀相同，而且該微型刀具30的尺寸與形狀的精密度是與光阻圖案完全相同的。
如圖6所示，該微型刀具30具有一個與前述立體微結(jié)構(gòu)具有相對應(yīng)幾何形狀的刃口31，因此在使用該微型刀具30對被加工物進行切削加工時，可以將該刃口31在相互垂直的方向與該被加工物的表面接觸，而由該刃口31在被加工物表面成形一立體微結(jié)構(gòu)。
如圖7及圖8所示，當(dāng)微型刀具30制作完成后，可以將其安裝在切削機床上，然后再將該微型刀具30在被加工物40上切削出一立體微結(jié)構(gòu)41。如圖7所示的實施例，是將微型刀具30旋轉(zhuǎn)一角度后，安裝在一機床刀座50上，然后用線性切削(fly cutting)方式在被加工物40上切削出立體微結(jié)構(gòu)。而如圖8所示實施例，則是將微型刀具30架設(shè)于刀座50上，然后將刀具以旋轉(zhuǎn)方式切割出一同心圓狀的立體微結(jié)構(gòu)42。
綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)手段可以同時具有化學(xué)蝕刻制造立體微結(jié)構(gòu)的尺寸與形狀精度的優(yōu)點，又同時可以具有機械加工方法的快速且成本低廉的優(yōu)點，因此其確實具有明顯的功效上的增進，而確實符合發(fā)明專利的條件。
權(quán)利要求
1.一種制作立體微結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括下列步驟a.以微影方法制作一用以成形立體微結(jié)構(gòu)的成型刀具的光刻模；b.以電鑄方法于該光刻模中成形一微型刀具；c.將該微型刀具安裝在一加工機床上，并利用該微型刀具對一被加工物進行切削，于該被加工物表面成形一與該微型刀具具有相對應(yīng)形狀的立體微結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的制作立體微結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該微型刀具以線性切削方式在該被加工物上進行切削。
3.如權(quán)利要求1所述的制作立體微結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該微型刀具以旋轉(zhuǎn)方式在該被加工物上進行切削。
4.如權(quán)利要求1所述的制作立體微結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該微型刀具的材料是選擇高硬度材料。
5.如權(quán)利要求4所述的制作立體微結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于高硬度材料為鎳或鎳鐵合金或鎳鈷合金或鎳鎢合金或鎳與碳化矽合成材料。
6.一種用以制作立體微結(jié)構(gòu)的微型刀具的方法，微型刀具具有與前述立體微結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的切削刃口形狀，其特征在于該微型刀具通過在一平面基板上以微影方式制作一與該微型刀具具有相同形狀的光刻模，然后以電鑄方式于該光刻模中成形該微型刀具。
7.如權(quán)利要求6所述的用以制作立體微結(jié)構(gòu)的微型刀具的方法，其特征在于該微型刀具的材料是選擇高硬度材料。
8.如權(quán)利要求7所述的用以制作立體微結(jié)構(gòu)的微型刀具的方法，其特征在于高硬度材料為鎳或鎳鐵合金或鎳鈷合金或鎳鎢合金或鎳與碳化矽合成材料。
9.如權(quán)利要求6所述的用以制作立體微結(jié)構(gòu)的微型刀具的方法，其特征在于該微型刀具以線性切削方式于該被加工物上進行切削。
10.如權(quán)利要求6所述的用以制作立體微結(jié)構(gòu)的微型刀具的方法，其特征在于該微型刀具以旋轉(zhuǎn)方式于該被加工物上進行切削。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作微型刀具與立體微結(jié)構(gòu)的方法,利用一微型刀具在被加工材料表面切削,加工出與微型刀具的切削部位具有相反的截面形狀;微型刀具的制作是通過在平面基板上涂附光阻劑,將光阻劑微影形成與微型刀具具有相應(yīng)形狀的鑄模,使用鑄模電鑄成形微型刀具,再將微型刀具以與被加工材料表面垂直的方式安裝,于被加工材料表面切削出微型立體結(jié)構(gòu)。它可大幅提高立體微結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)速度,降低其生產(chǎn)的成本。
文檔編號C25D1/00GK1371783SQ01104228
公開日2002年10月2日 申請日期2001年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月26日
發(fā)明者林育生, 陳世洲, 謝重光 申請人:興隆發(fā)電子股份有限公司