微型元件产业化之利器金属精微成形加工技术VIP免费

1產業的智庫－ITISITIS專欄微型元件產業化之利器—金屬精微成形加工技術經濟部技術處ITIS計畫/金屬中心產業分析師陳仲宜一、緣起與定義金屬精微成形的起始源自於T.Maeda在1989年在JSTP會議所提出的超精微壓床機，該文件為第一篇精微金屬元件製造的文獻，當時壓床機的量產特性受到相當的重視。次(1990)年以後，次毫米(sub-millimeter)的金屬元件製造變得極為熱門，此乃因其可以應用於微系統技術(MicroSystemTechnology；MST)及微機電系統(MicroElectro-MechanicalSystems；MEMS)。先進國家如日本及德國經過十多年來的發展，針對精微金屬成形元件下了明確的定義：軸件的尺寸範圍為直徑在0.3～3㎜；板件的尺寸範圍則為≦200μm以下厚度。二、技術內涵及應用現況金屬精微成形加工方法可歸納為下列五種：(1)利用沖壓機械將塑性材料壓擠入模具內，把模具的形狀轉現出來的轉印沖壓加工法；(2)或利用兩支旋轉的滾子來取代沖壓，令材料夾於其間，然後施加壓力以轉印成形的方法，此稱為軋延；(3)利用沖頭(Punch)與母模(Die)來沖穿板狀材料的下料加工(剪斷加工)；(4)將熔融材料流入模具中凝固的成形法工件為金屬材料時稱為壓鑄；(5)將金屬粉末及黏結劑混合後之射出、燒結之成形法稱為金屬粉末射出成形(MIM)等，射出成形由於並不使用塑性固態材料，因此嚴格說來並不屬於塑性加工。2產業的智庫－ITISITIS專欄在這些方式中，軋延是將加工材料餵入兩支輥子中，使加工材料被壓潰伸展，這種方法主要係用來製造板材的加工法。同時，如果在軋延滾子上做成凹凸形樣的話，則其形樣就會照實地被轉印到製品表面，和塑膠加工中膠布輪轉機加工法類似；鍛造則是利用負荷擠壓，使材料產生塑性變形的加工，再藉由雕刻有形樣的模具，就可以將形樣轉印；沖壓雖然也和鍛造類似，不過，相對於利用施加的衝擊力來成形的鍛造而言，沖壓則是施加較小壓力以使材料變形。剪斷加工的主要方式有利用切刀切斷，以及利用沖頭與母模沖斷下料等方式。對於沖孔加工而言，沖斷下料是一種非常有效率的好方法。不過，微細沖頭以及母模的製造很難。由於要將他們精確地安裝於加工機上亦不容易，因此目前並不適用於微細加工。不過，如前所述，由於線放電研磨法(WEDG)已經被開發出來，而且成為很有用的一種微細工具的製作法，因此利用這種方法可以製造微細的沖頭與母模，並且在同一機器上做沖斷下料，如此即可進行微細的沖斷加工。由於現階段已發展之金屬精微成形技術具有高量產性(每分鐘70～200件)、高尺寸精度(10～5μm)、高材料使用率、品質穩定等優點，可製造之零件產品尺寸恰好可填補介於傳統精密加工件的下限與矽基技術加工件的上限所不能及的範圍(?0.4～3㎜)，應用於生產微型零組件上，能在低成本條件下，滿足市場大量的需求。在應用方面，精微金屬元件可以運用於IC載台的銷、微扣件、微螺絲、托座、連結元件、微型硬碟機、薄型光碟機、微型機械元件（微型軸承等）、噴墨印表頭、微型馬達及風扇、薄型馬達（PennyMotor）、微3產業的智庫－ITISITIS專欄型散熱冷卻系統、精微螺絲及軸件、雷射二極體、光收發模組、光通訊零組件、光連接器套管、微探針、超精細管線產品、行動電話、筆記型電腦、汽車導航系統、安全氣囊感測器、微反應器、醫學用途之微系統、微彈簧、導線架等，用途相當廣泛，如【圖1】所示。精微壓鑄件(讀取頭底座)光纖連接器套管微螺絲/微扣件微型硬碟殼件醫療用零組件微小馬達零件手機用零組件導線架金屬精微成形技術圖1金屬精微成形技術應用例資料來源：金屬中心ITIS計畫整理4產業的智庫－ITISITIS專欄三、結語後PC時代到來，由於工業產品持續朝向輕薄短小的走勢，對傳統產品之微小化，或新創之微小構件/設備需求性普遍提高，傳統的機械加工技術，已無法滿足生產此類產品所需之高精度及快速量產的需求，因而如何能快速且低成本地大量生產微型零件一直是業界極欲突破的瓶頸。為因應3C產品微型/薄型化之高成長需求趨勢，建立品質均一具大量生產性之金屬精微成形加工製程、精微模具加工及周邊系統技術，已成為未來產業發展相當受到矚目的一項核心課題。