玻璃模造模具镀膜特性比较课件

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1、11 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:1中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:精密玻璃模造技術精密玻璃模造技術馬馬 廣廣 仁仁中華大學機械系中華大學機械系Tel:03-5186468Email:22 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining Laborator

2、yK.J.MaE-mail:2中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:大綱大綱玻璃模造技術之應用玻璃模造製程介紹模造玻璃材料硬膜技術33 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:3中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:玻

3、璃模造技術之應用44 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:4中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:產產 品品鏡鏡 片片 組組特特 殊殊 鏡鏡 片片照像機、攝錄影機照像機、攝錄影機鏡頭、觀景窗、放大鏡頭鏡頭、觀景窗、放大鏡頭非球面鏡片非球面鏡片CDCD唱盤、光碟機唱盤、光碟機讀取物鏡、凖直透鏡、分光讀取物鏡、凖直透鏡、分光稜鏡稜鏡非球面鏡片、

4、分光鏡片、半透非球面鏡片、分光鏡片、半透鏡片、曲折率分布鏡片鏡片、曲折率分布鏡片投影機、投影電視投影機、投影電視鏡頭、反射鏡、聚光鏡、濾鏡頭、反射鏡、聚光鏡、濾光鏡光鏡非球面鏡片、冷光鏡片、濾光非球面鏡片、冷光鏡片、濾光鏡片鏡片影像掃瞄器、條碼閱讀機影像掃瞄器、條碼閱讀機影像掃瞄鏡組影像掃瞄鏡組非球面鏡片、曲折率分布鏡片非球面鏡片、曲折率分布鏡片雷射印表機雷射印表機凖直透鏡、影像掃瞄鏡組凖直透鏡、影像掃瞄鏡組曲折率分布鏡片曲折率分布鏡片雷射測距儀、檢測儀雷射測距儀、檢測儀凖直透鏡凖直透鏡非球面鏡片非球面鏡片望遠鏡、顯微鏡望遠鏡、顯微鏡物鏡、目鏡、凖直透鏡物鏡、目鏡、凖直透鏡非球面鏡片、稜鏡非球

5、面鏡片、稜鏡傳真機、影印機傳真機、影印機放大鏡頭、影像掃瞄鏡組放大鏡頭、影像掃瞄鏡組非球面鏡片、曲折率分布鏡片非球面鏡片、曲折率分布鏡片光學鏡片應用產品的可能組合光學鏡片應用產品的可能組合55 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:5中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail: 玻璃玻璃塑膠塑膠備註備註光學解析度光學解析度較隹較隹可可玻璃表面形狀精

6、度、粗糙度及熱穩定性較塑膠佳，因此光學解析度及玻璃表面形狀精度、粗糙度及熱穩定性較塑膠佳，因此光學解析度及可靠度都較佳，適用於高階相機及投影機等鏡頭。可靠度都較佳，適用於高階相機及投影機等鏡頭。可見光穿透率可見光穿透率較隹較隹尚可尚可在一定厚度內與玻璃產品有相近之水準。在一定厚度內與玻璃產品有相近之水準。雷射光穿透率雷射光穿透率較隹較隹較差較差塑膠受雷射光照射會產生強烈吸收，透光品質急劇劣化。塑膠受雷射光照射會產生強烈吸收，透光品質急劇劣化。折射率選擇性折射率選擇性較隹較隹 較差較差玻璃可藉著調變化學組成改變折射率，折射率變化範圍大玻璃可藉著調變化學組成改變折射率，折射率變化範圍大(1.31.

7、8)(1.31.8)，塑膠折射率變化範圍較小塑膠折射率變化範圍較小(1.41.5)(1.41.5)，因此玻璃要求的非球面曲度可較，因此玻璃要求的非球面曲度可較小，亦較易加工或模造。小，亦較易加工或模造。適用波長範圍適用波長範圍紫外線以上波長紫外線以上波長較不適用短波長較不適用短波長(藍紫藍紫光光)以下範圍以下範圍塑膠長期受藍紫光照射易劣化，塑膠透鏡無法應用在下世代藍光塑膠長期受藍紫光照射易劣化，塑膠透鏡無法應用在下世代藍光DVDDVD讀讀取頭物鏡。取頭物鏡。加工精度加工精度較隹較隹可可塑膠熱膨脹係數遠高於玻璃，加工精度不易掌控，但塑膠產品較容易塑膠熱膨脹係數遠高於玻璃，加工精度不易掌控，但塑膠

8、產品較容易製作出形狀複雜的鏡片。製作出形狀複雜的鏡片。機械強度機械強度較隹較隹較差較差玻璃的機械強度及硬度都較塑膠高，不易變形或受到刮傷。玻璃的機械強度及硬度都較塑膠高，不易變形或受到刮傷。熱穩定性熱穩定性較隹較隹較差較差因塑膠鏡片不耐高溫，不適用於溫度變化大之環境中，故應用於汽車、因塑膠鏡片不耐高溫，不適用於溫度變化大之環境中，故應用於汽車、投影機及雷射等產品之鏡片仍需使用玻璃非球面鏡片。投影機及雷射等產品之鏡片仍需使用玻璃非球面鏡片。化學穩定性化學穩定性較隹較隹較差較差 玻璃耐酸鹼腐蝕能力較佳。玻璃耐酸鹼腐蝕能力較佳。光學鍍膜品質光學鍍膜品質較隹較隹較差較差玻璃較不易吸水且軟化點較高，鍍膜

9、品質較易掌控。玻璃較不易吸水且軟化點較高，鍍膜品質較易掌控。重量重量較重較重較輕較輕 由於非球面玻璃透鏡的使用可大幅縮減整個光學系統鏡片的數量，由於非球面玻璃透鏡的使用可大幅縮減整個光學系統鏡片的數量，對整個系統的而言仍有減重效果。對整個系統的而言仍有減重效果。生產成本生產成本較高較高較低較低塑膠類批次產量較少者所分攤之模具及設備攤提成本較高。塑膠類批次產量較少者所分攤之模具及設備攤提成本較高。量產性量產性有限制有限制較可行較可行 若解決玻璃模造模具抗沾黏鍍膜的問題，量產能力即可大為提升。若解決玻璃模造模具抗沾黏鍍膜的問題，量產能力即可大為提升。塑塑 膠膠 及及 玻玻 璃璃 類類 光光 學學

10、元元 件件 功功 能能 及及 特特 性性 比比 較較 66 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:6中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:77 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:7中華大學機械工程與航太研究所奈米

11、材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:玻璃模造技術對國內產業發展之關聯性玻璃模造技術對國內產業發展之關聯性 未來幾年非球面玻璃鏡片正值起飛階段，市場需求不虞匱乏，而台灣在近年來已未來幾年非球面玻璃鏡片正值起飛階段，市場需求不虞匱乏，而台灣在近年來已成為全世界光學鏡頭的生產基地，產業群聚效果顯著。硏發模造非球面玻璃鏡片技術成為全世界光學鏡頭的生產基地，產業群聚效果顯著。硏發模造非球面玻璃鏡片技術可協助國內玻璃成型或模造業者在技術、品質上的改良，更可大幅提升量產能力，帶可協助國內玻璃成型或模造業者在技術

12、、品質上的改良，更可大幅提升量產能力，帶動整體光學元件產值，使國內光學或光電產品更具國際競争力。動整體光學元件產值，使國內光學或光電產品更具國際競争力。上游上游-光學材料業光學材料業光學玻璃塊玻璃毛胚中游中游-光學元件業光學元件業透鏡、稜鏡、面鏡、濾光片、導光板以及各式鏡頭等下游下游-光學相關產品與應用光學相關產品與應用照像機、望遠鏡、顯微鏡、攝影機、投影機、光牒機、雷射印表機、以及測距儀等SchottPilkingtonHoyaOHaraKyoceraSumitaHikariCorning成都光明器材成都光明器材湖北華光新材料湖北華光新材料新滬玻璃新滬玻璃台灣保谷光學台灣保谷光學台灣小原光學

13、台灣小原光學台灣聯一光學台灣聯一光學Schott,LightPass TechnologiesMinoltaNikonKonicaCanonAsahiPentaxNEC,PanasonicKodak EastmanZeiss,Leitz,VivitarMitsui Matsushima 大根大根(大立轉投資大立轉投資)、今國、保勝、聯一、今國、保勝、聯一、先進等先進等5 5家專門生產玻家專門生產玻璃鏡片。璃鏡片。大立、和光、力卓、大立、和光、力卓、金鼎等金鼎等4 4家專門生產塑家專門生產塑膠鏡片。膠鏡片。亞光、大立、玉晶、亞光、大立、玉晶、一品、振宇、國民國一品、振宇、國民國際則同時具備生產塑

14、際則同時具備生產塑膠與玻璃鏡片的能力。膠與玻璃鏡片的能力。88 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:8中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:玻璃模造製程介紹99 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:9中華大學機械

15、工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:機機 械械 研研 磨磨 拋拋 光光玻玻 離離 模模 造造形狀精度形狀精度高高 (但量產時的形狀精度不易掌控但量產時的形狀精度不易掌控)高高可靠度可靠度較差較差較佳較佳加工時程加工時程 就單一球面或非球面玻離透鏡而言，加工時就單一球面或非球面玻離透鏡而言，加工時程較短。但量產時只能靠多部機台一片一片的程較短。但量產時只能靠多部機台一片一片的加工，無法縮短加工時程，且製造成品良率極加工，無法縮短加工時程，且製造成品良率極低，並不經濟。低，並不經濟

16、。WCWC模具的機械研拋加工較玻離機械研拋更模具的機械研拋加工較玻離機械研拋更困難，所需的模具加工時程更長，初期調困難，所需的模具加工時程更長，初期調整模造參數及模具鍍膜亦需相當的時程。整模造參數及模具鍍膜亦需相當的時程。一旦解決上述問題即可進入球面或非球面一旦解決上述問題即可進入球面或非球面透鏡的量產，整體量產加工時程較短、生透鏡的量產，整體量產加工時程較短、生產效率較高。產效率較高。製造技術製造技術 對球面透鏡而言，機械研拋技術較成熟。但對對球面透鏡而言，機械研拋技術較成熟。但對深寬比大形壯複雜的非球面透鏡而言，加工機深寬比大形壯複雜的非球面透鏡而言，加工機台的設計、穩定性及製造經驗都會影

17、響加工時台的設計、穩定性及製造經驗都會影響加工時程及良率。程及良率。玻離模造包含模具機械研拋加工及玻離壓玻離模造包含模具機械研拋加工及玻離壓模兩部分。模兩部分。WCWC模具的機械研拋加工較玻離模具的機械研拋加工較玻離機械研拋更困難機械研拋更困難 ;玻璃鏡片壓模部分必玻璃鏡片壓模部分必須考慮玻離物理化學特性及調整模造參數，須考慮玻離物理化學特性及調整模造參數，才有機會壓製出高品質的玻離透鏡。才有機會壓製出高品質的玻離透鏡。量產性量產性 對球面透鏡而言，以機械研拋方式進行量產尚對球面透鏡而言，以機械研拋方式進行量產尚有可能。但對非球面透鏡而言，因不易掌控量有可能。但對非球面透鏡而言，因不易掌控量產

18、時的形狀精度，量產良率極低。產時的形狀精度，量產良率極低。無論對球面或非球面透鏡而言，玻離模造無論對球面或非球面透鏡而言，玻離模造量產量產 的良率極高，但須先解決模具壽命的良率極高，但須先解決模具壽命問題。問題。生產成本生產成本 對少量對少量(數十至數百數十至數百)多樣之樣品生產，其生多樣之樣品生產，其生產成本較低。但對單一產品量產時，並無法縮產成本較低。但對單一產品量產時，並無法縮短整體加工時程，且產良率極低，生產成本將短整體加工時程，且產良率極低，生產成本將大為提高。大為提高。玻離模造對非球面透鏡的量產數千片以上玻離模造對非球面透鏡的量產數千片以上時，其整體量產加工時程可大為縮短，且時，其

19、整體量產加工時程可大為縮短，且由於量產良率高，其生產成本可大幅提升。由於量產良率高，其生產成本可大幅提升。非球面玻璃透鏡製造技術比較非球面玻璃透鏡製造技術比較 1010 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:10中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:Glass Molding Process1.Loading raw materials on

20、 the moldsGob,Preform(ball),Spherical lens2.Purging Oxygen gas by N2 gasN2 gas3.Heating the molds and raw materials byInfrared ray lamps4.Pressing raw materials(Controlling press force:Closed loop control)5.Cooling down the molded lenses and the molds by N2 gasN2 gas6.Unloading the molded lensesPres

21、sLoadUnload1111 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:11中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:ControllerN2 gasInfrared ray lampsMoldChamberAC-servo motorLoad CellConstruction of GMP-211,415TOSHIBASUMITOMOCORNIN

22、GSCHOTTSYSKODAKHOYA1212 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:12中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:Generating by grinding and polishingGlass-meltingPre-moldingAnnealingGrinding one surfaceGrinding another su

23、rfaceWashingPolishing one surfacePolishing another surfaceWashingWashingCenteringWashingCoatingUsing GMPGlass-meltingGlass materialMolding(Annealing)(Centering)(Washing)CoatingGenerating Lens surfacesShortening of ProcessMass-producingMolding various optical elements(Aspherical lens,Prism,Disk,etc)1

24、313 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:13中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:Glass Molding MachineTOSHIBASUMITOMOSYS？HOYA？SCHOTT？CANON？SONY？KODAK?MAJORSPECIFICATIONS:Themaximumouterdiameterofdiesis110mmMax

25、imumpressingforceis19.6kN(2000kgf)1414 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:14中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:Uniformity of temperature SiC Mold(Die diameter is f72)TCTCTCTCUpper MoldCenterTCUpper MoldCo

26、ntrolTCLower MoldControlTCLower MoldCenterTC58058058058130020012min2min 9sec4min 40secTime(sec)Temp()1515 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:15中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:TemperaturePressure模模造造玻玻璃

27、璃製製程程參參數數Toshiba二段式成形二段式成形：在可能變形的溫度範圍內，盡可能在在可能變形的溫度範圍內，盡可能在低溫加壓成型，並持壓一段時間減少收縮低溫加壓成型，並持壓一段時間減少收縮，以維持精度。以維持精度。1616 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:16中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:110131.Arrangement

28、of cavitiesDiameter of lens：13mmFor 16 pieces(8 pieces)2.Valuation(by ZYGO)3.Cycle-time13(min/1 cycle)Molding plural lenses by 110mm mold1717 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:17中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J

29、.MaE-mail:Function and CharacteristicThe integrated lens array is the best suited lens and is indispensable for the collective lens systems of projection display equipment where the bright image on the screen and the ambient light ratio are the crucial factors.1818 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomate

30、rials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:18中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:模造非球面玻離透鏡良率模造非球面玻離透鏡良率日本日本 4080%?4080%?臺灣臺灣 1530%?1530%?1919 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:19中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微

31、細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:雖然玻璃模造技術很早提出，也極具量產潛力，但實際雖然玻璃模造技術很早提出，也極具量產潛力，但實際上也只是在最近幾年才成功的應用在低成本的非球面透鏡量上也只是在最近幾年才成功的應用在低成本的非球面透鏡量產製程。光學玻璃模造技術發展受到阻礙的主要因素有二：產製程。光學玻璃模造技術發展受到阻礙的主要因素有二：（一）超硬的精密陶磁模具加工不易，耗時太長（一）超硬的精密陶磁模具加工不易，耗時太長 (通常非通常非球面透鏡模仁球面透鏡模仁(含模座含模座)製造過程需約製造過程需約303

32、0個工作天個工作天)，且鑽石，且鑽石刀具耗損嚴重，極不經濟。刀具耗損嚴重，極不經濟。（二）玻璃模造生產流程中，模具和玻璃材料在高溫下接（二）玻璃模造生產流程中，模具和玻璃材料在高溫下接觸並受到極大的壓應力及剪應力，極易加速模具的磨損，使觸並受到極大的壓應力及剪應力，極易加速模具的磨損，使得模具使用壽命受限（模具若未經過表面處理或處理不良僅得模具使用壽命受限（模具若未經過表面處理或處理不良僅能維持約能維持約5050道次的模造加工），也因而增加了生產成本。道次的模造加工），也因而增加了生產成本。2020 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Mic

33、ro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:20中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:研發新一代的高折射率、低軟化溫度的玻璃研發新一代的高折射率、低軟化溫度的玻璃。模造時在真空中或保護氣氛下操作，也使得模模造時在真空中或保護氣氛下操作，也使得模具氧化及相關的黏著磨損問題獲得改善具氧化及相關的黏著磨損問題獲得改善。在模具表面進行改質，盡可能的降低模具表面在模具表面進行改質，盡可能的降低模具表面的磨擦與磨損的磨擦與磨損 。改善模具使用壽命的方法

34、改善模具使用壽命的方法2121 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:21中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:模造玻璃材料2222 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:22中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微

35、細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail: Quartz is crystalline SiO2:Basic Unit:Glass is amorphous Amorphous structure occurs by adding impurities (Na+,Mg2+,Ca2+,Al3+)Impurities:interfere with formation of crystalline structure.(soda glass)GLASS STRUCTURE2323 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料

36、及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:23中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail: Specific volume(1/r)vs Temperature(T):Glasses:-do not crystallize -spec.vol.varies smoothly with T -Glass transition temp,Tg Crystalline materials:-c

37、rystallize at melting temp,Tm -have abrupt change in spec.vol.at Tm Viscosity:-relates shear stress&velocity gradient:-has units of(Pa-s)GLASS PROPERTIES2424 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:24中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machini

38、ng LaboratoryK.J.MaE-mail:Optics&Photonics News,August 20042525 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:25中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail: Viscosity decreases with T Impurities lower TdeformGlass Viscosity

39、vs T and Impurities2626 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:26中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:模造玻璃鏡片參數選擇模造玻璃鏡片參數選擇鏡片尺寸的影響鏡片尺寸的影響2727 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining Laborator

40、yK.J.MaE-mail:27中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:模造玻璃鏡片參數選擇模造玻璃鏡片參數選擇冷卻速度的影響冷卻速度的影響2828 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:28中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE

41、-mail: Annealing:-removes internal stress caused by uneven cooling.Tempering:-puts surface of glass part into compression -suppresses growth of cracks from surface scratches.-sequence:HEAT TREATING GLASS-Result:surface crack growth is suppressed2929 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-

42、machining LaboratoryK.J.MaE-mail:29中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:3030 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:30中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:COCERA 37

43、5玻璃之物化特性 3131 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:31中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:硬膜技術3232 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:32中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實

44、驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:模造非球面玻離透鏡模具壽命模造非球面玻離透鏡模具壽命3333 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:33中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:Design of Protective Coatings for Glass Mo

45、lding Dies-Materials Viewpoint3434 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:34中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:MaterialSelectionChart3535 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining Laboratory

46、K.J.MaE-mail:35中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:MechanicalProperiesofMaterials3636 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:36中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail

47、:3737 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:37中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:Applications of DLC Film3838 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:38中華大學機械工程與航太研

48、究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:3939 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:39中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:Hsp2sp3ta-Cta-C:Ha-Ca-C:HHC polymersNo filmsglassy-CTern

49、ary phase diagram4040 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:40中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:薄膜種類薄膜種類薄膜特性薄膜特性Ni-P Ni-P or or Ni-WNi-WTiNTiNor or CrNCrNDLCDLCor a-or a-C:HC:Ha-C a-C(含含F)F)DiamoDiamondndPt

50、-Pt-IrIrB-N B-N or C-or C-B-NB-N備註備註低溫強度低溫強度若在低溫或塑膠鏡片模具上使用，所有薄膜的強度都合於要求。高溫強度高溫強度 Pt-Ir合金雖然高溫強度不佳，但因厚度僅2m，在高溫模造時即使發生變形，形狀精度仍可控制在可接受的範圍。薄膜應力薄膜應力 薄膜彈性係數愈高或熱膨脹係數差異愈大，薄膜應力就愈大。脫模性脫模性(抗沾黏抗沾黏)低溫時，DLC,a-C(F)薄膜可降低摩擦係數，脫模效果佳，但溫度超過400即急劇失效。高溫玻璃模造僅Pt-Ir系列合金及鑽石薄膜最能滿足抗沾黏及脫模性佳的特性。高溫氧化高溫氧化 模造溫度超過400以上時，僅Pt-Ir系列合金及鑽石

51、薄膜能維持化學穩定性，不會氧化，即使通以保護氣體仍無法完全避免氧化問題。高溫與玻璃反應高溫與玻璃反應 DLC和a-C(F)內部含有不穩定的碳，高溫時易和玻璃發生反應，碳會迅速的還原玻璃內的氧化物造成模具表面急遽磨損，因此也無法長期有效的保護模具。高溫時僅Pt-Ir系列合金不易與玻璃反應。鍍膜品質穩定性鍍膜品質穩定性鍍膜品質穩定性和薄膜成份及鍍膜機台有關。濺鍍法和電漿輔助化學氣相沈積法皆可製作TiN、DLC和 a-C(F)，其中DLC,a-C(F)薄膜中碳是主要成份，易造成腔体污染使鍍膜品質穩定性變差。a-C(F)薄膜中含F，還須特別考慮氣體安全性等問題。鑽石薄膜則須考慮應力及表面拋光問題，不穏

52、定性性高。Pt-Ir貴金屬鍍膜製程穩定性最佳，但須解決附著力間題。鍍膜成本鍍膜成本Pt-Ir列系列合金鍍膜，製程設備及靶材皆較昂貴。模具壽命模具壽命 Pt-Ir合金抗玻璃沾黏特性佳，故模具使用壽命長。玻璃模造模具鍍膜特性比較玻璃模造模具鍍膜特性比較 最差、不良、最嚴重最差、不良、最嚴重 普通、尚可普通、尚可 較佳、較不嚴重較佳、較不嚴重 最佳、最不嚴重、最能接受最佳、最不嚴重、最能接受4141 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:41中華大學機械工程與航太研究所奈米

53、材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:模造玻璃透鏡之模具製作流程模造玻璃透鏡之模具製作流程日本早期模具加工及鍍膜程序示意圖日本早期模具加工及鍍膜程序示意圖素材素材鍍膜鍍膜拋光拋光粗磨粗磨細磨細磨這種模具雖較傳統未鍍貴金屬保護膜的模具壽命高，但製作模仁的時這種模具雖較傳統未鍍貴金屬保護膜的模具壽命高，但製作模仁的時間太長（因碳化鎢材料極硬且韌性高，須經鑽石磨輪做粗研磨及鑽石間太長（因碳化鎢材料極硬且韌性高，須經鑽石磨輪做粗研磨及鑽石刀具精拋光，不但刀具耗損快且加工速度受限），並不經濟。刀具精拋光，不但

54、刀具耗損快且加工速度受限），並不經濟。4242 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:42中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:(a)先在碳化鎢模具上施以粗加工先在碳化鎢模具上施以粗加工(b)鍍上較厚的鍍上較厚的Ni-P(或或Ni-B)合金當作精密切削層合金當作精密切削層(c)於於Ni-P合金厚膜上精密切削加工，製作出精密的模仁合金厚膜上精密

55、切削加工，製作出精密的模仁(d)拋光移除多餘的拋光移除多餘的Ni-P層以維持模造鏡片的厚度層以維持模造鏡片的厚度(e)於拋光後的於拋光後的Ni-P合金模仁上鍍上合金模仁上鍍上Pt-Ir系列的合金當保護層。系列的合金當保護層。較先進之模具製作方式較先進之模具製作方式在模造溫度在模造溫度520的操作下，這種的操作下，這種模具的使用壽命可達模具的使用壽命可達10000道次以道次以上。（實驗中使用的玻璃成份主要上。（實驗中使用的玻璃成份主要為為70wt%PbO,27wt%Si02。此時模具的失效大都來自於鎳合此時模具的失效大都來自於鎳合金中間層自碳化鎢基材脫離，主金中間層自碳化鎢基材脫離，主要係因鎳合

56、金中間層受反覆加熱要係因鎳合金中間層受反覆加熱冷卻的熱疲勞作用所致。冷卻的熱疲勞作用所致。Ni-P合金中間層也無法在溫度超合金中間層也無法在溫度超過過550的環境下進行玻璃模造，的環境下進行玻璃模造，因因Ni-P合金會發生高溫脆化產生合金會發生高溫脆化產生裂痕。裂痕。4343 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:43中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.Ma

57、E-mail: 沉積方法沉積方法特性特性離子輔助電子束氣離子輔助電子束氣相沉積法相沉積法磁控濺鍍法磁控濺鍍法電漿化學氣相沉積電漿化學氣相沉積法法備備 註註沉積速率沉積速率較緩慢較緩慢快速模具鍍膜非量產製程，沉積速率非關鍵考量因素。製程溫度製程溫度低低高製程溫度須低於500，以免Ni合金層強度降低。合金成份合金成份選擇彈性大選擇彈性大選擇彈性大選擇彈性大選擇彈性低選擇彈性低前二項薄膜製程對於前二項薄膜製程對於Ni-P-Pt,Pt-Ni-P-Pt,Pt-IrIr-W or Pt-W or Pt-IrIr-Ni-Ni等合金薄膜成份皆可輕易調控，但電漿化等合金薄膜成份皆可輕易調控，但電漿化學氣相沉積法

58、無法產生該合金膜。若選擇鍍類鑽學氣相沉積法無法產生該合金膜。若選擇鍍類鑽膜膜(DLC)(DLC)則三種鍍膜方法皆可達成。則三種鍍膜方法皆可達成。合金純度合金純度較易控制較易控制較易產生不純物前二項薄膜製程皆在高真空下進行，較易控制合金薄膜的純度。均勻性均勻性良好良好良好因模仁尺寸不會超過3 inch，若前二項製程加輔助離子源，薄膜厚度均勻性皆不成問題。緻密性緻密性尚可良好良好前二項薄膜製程可籍由離子撞擊增進薄膜緻密性，電漿化學氣相沉積法在較高溫進行，薄膜緻密性最佳。附著強度附著強度尚可良好良好前二項薄膜製程可籍由離子撞擊增進薄膜與基材之附著強度，電漿化學氣相沉積法在較高溫進行，薄膜附著強度最佳

59、。表面粗糙度表面粗糙度良好良好軟差電漿化學氣相沉積法在較高溫進行，晶粒成長及結晶方位等影響使表面變得較粗糙。殘留應力殘留應力殘留應力大，但可籍製程改善殘留應力大，但可籍製程改善殘留應力大且較無改善空間薄膜與基材之間由於熱膨脹係數不同引起之殘留應力，可使用漸層技術或脈衝直流製程改善之。價格價格較昂貴較昂貴較便宜前二項薄膜製程皆在高真空下進行，且薄膜品質線上監測系統較昂貴，故整體設備價格較昂貴。4444 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:44中華大學機械工程與航太研究

60、所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:未來發展方向未來發展方向模造高深寬比、形狀複雜光學鏡片模造高深寬比、形狀複雜光學鏡片模造熔石英光學鏡片模造熔石英光學鏡片模造特殊玻璃模仁模造特殊玻璃模仁模造玻璃及組裝一體成形技術模造玻璃及組裝一體成形技術奈米抗沾黏陶磁模仁材料奈米抗沾黏陶磁模仁材料4545 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:45中華大學機械工程與航太研究所奈米

61、材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:模造玻璃技術之發展趨勢模造玻璃技術之發展趨勢形狀複雜性形狀複雜性高模模造造溫溫度度高高LDLens4646 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:46中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:WDM grating

62、s&multi-fiber couplingsOptical Industry applications for precision groovingFront light for Liquid Crystal DisplaysReflective productsBack plane for flat panel displaysPDA screens4747 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:47中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanoma

63、terials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:Number of V grooves(experienced)=50 and 200OpticalFiberCladCoreOpticalFiberArray250m0.1mGlassOptical Fiber Array4848 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:48中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Mic

64、ro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:產品之風險與對策產品之風險與對策 -產業變化產業變化可能替代開發產品之技術與產品之說明及因應可能替代開發產品之技術與產品之說明及因應對策對策1).1).耐高溫之塑膠玻璃可由射出成型法大量耐高溫之塑膠玻璃可由射出成型法大量 生生產，成本低廉，可能取代部分的低階用途的光產，成本低廉，可能取代部分的低階用途的光學玻離鏡片，但因其熱穏定性及解析度仍遠不學玻離鏡片，但因其熱穏定性及解析度仍遠不及光學玻璃，做好產品區隔應可免除此顧慮。及光學玻璃，做好產品區隔應可免除此顧慮。2).2).非球面玻璃鏡片雖然亦可籍由傳統的硏磨非球面玻璃鏡片

65、雖然亦可籍由傳統的硏磨拋光法製造，但在量產及產品良率上並不具競拋光法製造，但在量產及產品良率上並不具競争力。非球面玻璃鏡片模造技術雖然門楹較高，争力。非球面玻璃鏡片模造技術雖然門楹較高，但跨越此障礙後產品競争力可大幅提升。但跨越此障礙後產品競争力可大幅提升。4949 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:49中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mai

66、l:可能面臨的風險及因應對策可能面臨的風險及因應對策1).1).模仁鍍膜用靶材不易購得或採購時程太久，須請國模仁鍍膜用靶材不易購得或採購時程太久，須請國內代理商即早準備。內代理商即早準備。2).2).為防犯超精密加工機或玻璃模造機供應商因策略聯為防犯超精密加工機或玻璃模造機供應商因策略聯盟等因素不再提供後續支援，應及早尋求其他可能的盟等因素不再提供後續支援，應及早尋求其他可能的支援。支援。3).3).模造光學玻璃材料供應廠商有限，為確保原料供應模造光學玻璃材料供應廠商有限，為確保原料供應穩定無虞應與原料供應商建立較穩固的夥伴關係，或穩定無虞應與原料供應商建立較穩固的夥伴關係，或發展較高溫的玻璃模造技術，以確保不受上游材料來發展較高溫的玻璃模造技術，以確保不受上游材料來源之限制源之限制 。5050 中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining LaboratoryK.J.MaE-mail:50中華大學機械工程與航太研究所奈米材料及微細加工實驗室Nanomaterials and Micro-machining La